• Янина Ирина Юрьевна – к.ф.-м.н., м.н.с., дата рождения: 04.08.1986г

  • Скачать 241.27 Kb.


    Дата22.12.2017
    Размер241.27 Kb.

    Скачать 241.27 Kb.

    Измерение характеристик движения индукционным методом


    ИЗМЕНЕНИЕ оптических параметров жировой ткани в условиях гипертермии in vitro


    И.Ю.Янина,1,2 Д.К. Тучина,1 Э.А. Генина,1,2 А.Н. Башкатов,1,2 В.В. Тучин1,2,3


    1 Саратовский государственный национальный исследовательский университет им. Н.Г. Чернышевского

    2 Томский государственный национальный исследовательский университет

    3 Институт проблем точной механики и управления РАН

    e-mail: irina-yanina@yandex.ru


    Оптические методы занимают одно из ведущих мест среди современных физических методов исследования в биологии и медицине. К традиционным относятся методы оптической спектроскопии, основанные на анализе спектров отражения, пропускания и флуоресценции биологических тканей. Главным достоинством оптических методов является возможность исследования процессов протекающих в биотканях без (или существенной) модификации их структуры, что является принципиально важным для развития современных методов диагностики и терапии [1, 2].

    Благодаря активным исследованиям, проводимых в последние десятилетия, были получены сведения об оптических характеристиках многих биотканей [1, 3-5]. Однако, несмотря на это, оптические параметры жировой ткани до сих пор остаются недостаточно исследованными в широком диапазоне длин волн, хотя знание этих параметров является принципиально важным для точной послойной дозиметрии лазерного излучения, используемого при лечении ожирения и целлюлита [2, 6-11].

    Одним из самых простых способов физического воздействия на жировые клетки, является гипертермия, включая методы селективного нагрева подкожной жировой ткани лазерным излучением [12]. Инфракрасное лазерное излучение обладает селективным тепловым воздействием на жировую ткань, что обусловлено достаточно сильными полосами поглощения липидов с максимумом на 930, 1210, 1720 и 1760 нм [12-18].

    Целью данной работы является исследование изменения оптических параметров жировой ткани в условиях гипертермии in vitro.

    Материалом для исследования послужили образцы абдоминальной жировой клетчатки, извлеченной у мужчин (возраст 40-50 лет, вес 70-80 кг) в ходе хирургической пластической операции. До проведения экспериментов образцы хранились при температуре -18 °C. Площадь образцов 3.0-3.4 см2. Для измерения толщины образцы помещались между двумя предметными стеклами, и измерения выполнялись микрометром в нескольких точках образца. Погрешность каждого измерения 10 мкм. Полученные значения усреднялись. Толщина экспериментальных образцов варьировалась, и в среднем составляла 0.300.03 мм до воздействия и 0.130.03 мм после воздействия. Для мониторинга всех фазовых переходов жировой ткани температура изменялась от 25 °C до 70 °C с шагом 5 °C. Для нагрева образцов использовался терморезистор, нагрев которого регулировался с помощью изменения подаваемого напряжения.

    Исследование оптических свойств жировой ткани проводилось в спектральном диапазоне 300-2500 нм на спектрофотометре Shimadzu UV-3600 (Япония) с интегрирующей сферой.

    Для обработки результатов экспериментов и определения оптических параметров использовался инверсный метод «добавления-удвоения» [19].

    На рисунках 1-4 представлены результаты оценки температурной зависимости коэффициентов поглощения, рассеяния, транспортного коэффициента рассеяния и фактора анизотропии рассеяния образцов жировой ткани.



    В спектрах поглощения присутствуют характерные пики липидов на 1210, 1720, 1760 нм и воды на 1415 нм.






    Рис. 1. Спектры коэффициента поглощения для разных температур

    Рис. 2. Спектры транспортного коэффициента рассеяния для разных температур





    Рис. 3. Спектры коэффициента рассеяния для разных температур

    Рис. 4. Спектры фактора анизотропии рассеяния для разных температур

    Представленные экспериментальные результаты показывают возмож-ность управления оптическими свойствами жировой ткани при ее нагреве свыше характерной физиологической температуры, которая для подкожной жировой клетчатки составляет обычно 32-34°С. Из температурной зависимости для коллимированного пропускания (см. Рис. 5, 6) следует достаточно высокая эффективность управления пропусканием при нагреве во всем исследованном спектральном диапазоне. Эти зависимости также демонстрируют наличие фазовых переходов липидов, которые характеризуют «изломы» температурных зависимостей при температурах примерно 55 и 65 °С.








    Рис. 5. Спектры коллимированного пропускания, измеренные при разных температурах

    Рис. 6. Коллимированное пропускание жировой ткани, измеренное на разных длинах волн

    Работа выполнена при поддержке Гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых №МК-6009.2016.2 (Янина И.Ю. и Тучина Д.К.). Тучин В.В. поддержан грантом Ведущие научные школы № НШ-7898.2016.2. Башкатов А.Н. и Генина Э.А. поддержаны грантом Российского научного Фонда № 14-15-00186.


    Библиографический список

    1. Тучин В.В. Оптика биологических тканей: методы рассеяния света в медицинской диагностике. - Пер. с англ. М., ИД «Интеллект», 2010.

    2. Башкатов А.Н., Генина Э.А, Кочубей В.И., Тучин В.В. Оптические свойства подкожной жировой ткани в спектральном диапазоне 400-2500 нм // Оптика и спектроскопия. 2005. Т.99. №5. С.868-874

    3. Bashkatov A.N., Genina E.A., Tuchin V.V. Tissue Optical Properties / Chapter 5 in Handbook of Biomedical Optics, David A. Boas, Constantinos Pitris, and Nimmi Ramanujam (editors), Taylor & Francis Group, LLC, CRC Press Inc. pp. 67-100. 2011.

    4. Bashkatov A.N., Genina E.A., Tuchin V.V. Optical properties of skin, subcutaneous, and muscle tissues: a review // JIOHS. 2011. V. 4. N.1. P. 9-38.

    5. Tuchin V.V. Tissue optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis. - SPIE Tutorial Text in Optical Engineering, Third edition, PM254, SPIE Press, Washington, Bellingham, 934 p., 2015.

    6. Halpern A., Mancini M.C. Treatment of obesity: an update on anti-obesity medications // Obesity Reviews. 2003. V. 4. P. 25.

    7. Trelles M.A., Mordon S.R. Adipocyte Membrane Lysis Observed After Cellulite Treatment Is Performed with Radiofrequency // Aesth Plast Surg. 2009. V.33. P.125–128.

    8. Belikov A.V., Prikhodko C.V., Smolyanskaya O.A. Study of thermo induced changes resulted in optical properties of fat tissue // Proc. SPIE. 2003. Vol. 5066. P. 207-212.

    9. Ленинджер А. Основы биохимии. - М.: Мир. 1985. Том 3. 320 c.

    10. Wanner M., Avram M., Gagnon D., Mihm Jr. M.C., Zurakowski D., Watanabe K., Tannous Z., Anderson R.R., and Manstein D. Effects of Noninvasive, 1210 nm Laser Exposure on Adipose Tissue: Results of a Human Pilot Study // Lasers Surg Med. 2009. Vol.41. P.401–407

    11. Игнатьева Н.Ю., Гроховская Т.Е., Лунин В.В., Баграташвили В.Н., Свиридов А.П., Махмутова Г.Ш. Лазерно-индуцированные структурные и химические изменения жировой ткани // Журнал физической химии. 2002. Т. 76. № 8. С. 1357-1364.

    12. Altshuler G.B., Anderson R.R., Manstein D., Zenzie H.H., Smirnov M.Z. Extended theory of selective photothermolysis // Lasers Surg Med. 2001. V. 29. P. 416–432

    13. Anderson R.R., Farinelli W., Laubach H., Manstein D., Yaroslavsky A.N., Gubeli III J., Jordan K., Neil G.R., Shinn M., Chandler W., Williams G.P., Benson S.V., Douglas D.R., and Dylla H.F. Selective Photothermolysis of Lipid а Rich Tissues: A Free Electron Laser Study // Lasers Surg Med. 2006. V.38. P. 913 – 919

    14. Salzman M.J. Laser lipolysis using a 1064/1319-nm blended wavelength laser and internal temperature monitoring // Semin. Cutan. Med. Surg. 2009. V.28. P. 220 -225

    15. Longo L. Non surgical laser and light in the treatment of chronic diseases: a review based on personal experiences // Laser Phys. Lett. 2010. V.7. P. 771-786

    16. Смолянская О. А. Исследование термоиндуцированных изменений оптических свойств жировой ткани трансллюминационным, спектральным и флуоресцентным методами: диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук: 01.04.05. Спб., 2007, 167 с

    17. Martin K.A. Direct measurement of moisture in skin by NIR spectroscopy // J. Soc. Cosmet. Chem. 1993. V.44. P. 249–261.

    18. Bashkatov A.N., Genina E.A., Kochubey V.I., Tuchin V.V. Optical properties of human skin, subcutaneous and mucous tissues in the wavelength range from 400 to 2000 nm // J. Phys. D: Appl. Phys. 2005. V. 38. N. 15. P. 2543-2555.

    19. Prahl S.A., van Gemert M.J.C., Welch A.J. Determining the optical properties of turbid media by using the adding-doubling method // Appl. Opt. 1993. V. 32. ‹ 4. P. 559.


    Сведения об авторах

    Янина Ирина Юрьевна – к.ф.-м.н., м.н.с., дата рождения: 04.08.1986г

    Тучина Дарья Кирилловна – инженер, дата рождения: 22.01.1990г.

    Генина Элина Алексеевна – к.ф.-м.н., доцент кафедры оптики и биофотоники, дата рождения: 14.11.1970г

    Башкатов Алексей Николаевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры оптики и биофотоники, дата рождения: 16.11.1965г

    Тучин Валерий Викторович – д.ф.-.м.н., профессор, заведующий кафедрой оптики и биофотоники, дата рождения: 04.02.1944г.



    Вид доклада: устный

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Измерение характеристик движения индукционным методом

    Скачать 241.27 Kb.