Введение к работе
Актуальность. Успешное решение многих задач приборостроения для юрии в последние годы стало возможным благодаря использованию цств ЭШ и развитию методов вычислительного моделирования. Сфор-эвалось новое направление экспериментальной биофизики, связанное :пользованием спектральных методов и микро-ЭВМ в исследова-ьских и практических целях. Появилась возможность проводить в ла-аторных условиях вычислительные эксперименты и при удачно выбран-модели явленій существенно уменьшить трудности при проведении яных исследований, выполнение которых без ЭВМ в полном объеме неможно.
На основе машинных методов созданы предпосылки ускоренного ре-:ия одной из главных задач прикладной биофизики: разработка новых вмов оценки состояния организма на основе физических методов. іди них видное место ванимает метод электронного парамагнитного юнанса (ЭПР).
Спектры ЭПР содержат уникальную информацию как об электронном :тоянии парамагнитной структуры, так и о динамике молекулярной >ды. Использование методов квантовой механики и вычислительной сники позволяет во многих случаях извлечь ату информацию. К сожа-яш, такой подход редко используется при анализе парамагнитных эйств биологических объектов.
Отметим, что парамагнетизм биологических структур может быть цогенного и экзогенного происхождения. В первом случае он Еозника-благодаря обмену веществ и связан прежде всего с окислитель--восстановительными реакциями метаболизма. Во втором - парамагне-вм возникает в структуре иэ-за действия ионизирующего излучения, едэния в биологический объект специальных парамагнитных маркеров, мельчения, действия к.гакой температуры, паргмагнитных продуктов ружающей среды (нитраты, нитриты, некоторые пестициды, мелко-
- г -
дисперсные металлические частицы), солнечная радиация, изменение!, парамагнитного состояния таких ионов как железо, медь, марганец, кобальт, молибден, ванадий.
Метод ЭПР пока не нашел широкого распространения в медико-биологической практике. Это вызвано, главным образом, сложностью обработки данных, их интерпретации, недоступностью для неспециалистов. Имеется значительный, задел и в теоретическом и техническом аспектах, позволяющий считать перспективным применение ЭПР-спектроскопии для анализа спектров ЭПР тканей и биологических жидкостей, например, крови человека и животных, а также для создания новых тест-систем.
С появлегаем персональных ЭВЫ и минианалиэаторов ЭПР положение изменилось - стало возможным автоматизировать всю процедуру измерения и анализа сигналов ЭПР от ввода пробы в прибор до вывода на ЭВ1 конечного результата. Последнее обстоятельство является решающим е системах экспресс-оценки состояния объекта. Актуальным является решение задачи об' использовании ЭПР-спектроскопии для оценки состояния организма здорового человека методом автоматизированной ЭПР-спектроскопии. Однако, главной задачей остается создание удобных машинных программ, доступных неспециалисту, который при помощи персонального компьютера может перевести данные . анализа на доступный язык для исследовзтеля-практика.
Тема диссертационной работы соответствует плану научно-исследовательских работ, проводимых в JfflS АН СССР им. Е Е Семенова и выполнена по темам 01.12 Программы 0Ц..027 (Постановление ГКНГ СССР N 472 от 12.12.80г.) и 0.74.05 п. 22 Н2 (Распоряжение Президиума АН СССР N 10103-987 от 19.06.87г.) и задания 26.3 Проблемы 2.2.2 Комплексной Программы научо-технического прогресса стран-членов СЭВ.
Дель работы состояла в разработке методов машинного анализа спектров ЭПР парамагнитных центров, часто встречающихся в медико-биологических исследованиях, и оценки возможности испольвовать магнитно-резонансные характеристики вещества для определения функционального состояния организма.
Задачи исследования:
разработать и создать программно-технический комплекс анализа данных ЭПР крови;
создать пакет прикладных программ (ППП) вариационного поиска формы линий ЭПР для определения магнитно-резонансных параметров парамагнитных центров на примере стеклообразных матриц, облученных ионизирующей радиацией;
предложить методы применения ЭПР-спектроскопии при массовых медицинских осмотрах персонала на предприятиях ядерно-топливных центров (ЯТЦ);
оценить информативность парамагнитных свойств крови для оценки состояния здоровья человека;
изучить влияние пестицидов, используемых в сельском хозяйстве Среднеазиатского региона СССР, на парамагнитные свойства крови. Научная новизна Рааработаны машинные методы вариационного поиска формы линий спектров ЭПР парамагнитных центров в стеклообразных матрицах, которые могут быть использованы в качестве модели некоторых биологическиэ систем. Впервые установлено, что парамагнетизм крови можно использовать для оценки состояния здоровья работающего человека. Анализ с помощью персональных ЭШ IBM РС/ХГ/АТ позволил установить информативность содержания парамагнитных центров крови для диагностики состояния здоровья при массовых профилактических осмотрах.
Разработаны оригинальные ІШП для ЭВМ типа ІШ PC/XT/AT, удобных для пользователей неспециалистов.
Выявлено влияние большой группы пестицидов, используемых в Среднеазиатском регионе СССР, на спектры ЭПР крови.
Практическое значение работы заключается в разработке методов оценки состояния здоровья работающего человека при помощи автоматизированного ЭПР-спектрометра. На основе примеров, приведенных а диссертации, показана эффективность статистического корреляционного машинного анализа данных клинических и радиоспектральных измерении. Разработанные в диссертации программно-технический комплекс анализа данных ЭПР крови может быть испольвован для анализа широкого класса обгектов.
Впервые показано влияние пестицидов на спектры ЭПР крови животных, а также выявлено, что спектры ЭПР крови существенно зависят от наличия нитритов в окружающей среде. Таким образом, обнаружены усиления сочетающего действия пестицидов и нитритов, позволяющее организовать службу контроля действия вредных факторов'окружающей среды.
Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения работы доложены на конференции молодых ученых и специалистов Тер-мезского ГПИ (Термез, 1987); на XXI Всесоюзной школе по автоматизации научных исследований (врунзе, 1987); Всесоюзной конференции "Применение магнитного резонанса в народном хозяйстве" (Казань, 1988); на УІІ Всесоюзной конференции "Магнитный резонанс в биологии и медицине" (Черноголовка, 1989).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, УІ глав, выводов и списка литературы.
