Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Февраля 2013 в 11:06, диссертация
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.
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.
Список сокращений ………………………………………………….5
Введение …………………………………………………………………..7
Глава 1. РЕТИКУЛОЦИТАРНЫЕ И ЭРИТРОЦИТАРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЯХ ЭРИТРОПОЭЗА (обзор литературы)…………………….14
1.1. Функциональное состояние эритропоэза при различных вариантах дефицита железа…………………………………14
1.2. Диагностические возможности ретикулоцитарных показателей…20
1.3. Диагностические возможности эритроцитарных показателей……25
1.4. Функциональное состояние эритропоэза у спортсменов, тренирующихся на выносливость……………29
1.5. Современные методы структуризации информации в системе оценки функционального состояния эритропоэза……………………...36
1.6. Заключение…………………………………………………………...39
Глава 2. МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ……………..40
2.1. Методы анализа ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей ………………………………………40
2.2. Методы анализа избранных биохимических параметров…………42
2.3. Математический аппарат анализа…………………………………..43
2.4. Организация исследований………………………………………….46
Глава 3. Ретикулоцитарные и эритроцитарные показатели в системе дифференцированной оценки эритропоэза………………48
3.1. Предпосылки………………………………………………………….48
3.2. Нормальные величины ретикулоцитарных показателей у здоровых лиц молодого возраста………………………50
3.3. Ретикулоцитарные и эритроцитарные показатели у атлетов высокой квалификации, специализирующихся в видах спорта, направленных на преимущественное развитие выносливости (гребля на байдарках и каноэ, бег на средние и длинные дистанции)……. дистанции)………………………………………………………60
3.4. Ретикулоцитарные и эритроцитарные показатели при скрининге латентного дефицита железа……………………76
3.5. Ретикулоцитарные и эритроцитарные показатели в системе дифференцированной оценки эритропоэза в условиях манифестного истинного и перераспределительного дефицита железа……………….90
3.6. Заключение…………………………………………………………...112
Глава 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЭРИТРОПОЭЗА НА ОСНОВЕ ЗНАЧЕНИЙ РЕТИКУЛОЦИТАРНЫХ И ЭРИТРОЦИТАРНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ….........................................................................117
4.1. Предпосылки…………………………………………………………117
4.2. Обоснование математической модели анализа изменений ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей в условиях восполнения дефицита железа…………………………………………...118
4.2.1. Теоретические предпосылки моделирования ………………...118
4.2.2. Обоснование математической модели…………………………119
4.2.3. Исследование процесса восполнения дефицита железа с помощью S-функции…………………………126
4.2.4. Прогнозирование эффективности восполнения дефицита железа с помощью S-функции………137
4.3. Обоснование алгоритма вероятностной оценки функционального состояния эритропоэза…………………156
4.3.1. Теоретические предпосылки вероятностной диагностики…..156
4.3.2. Вероятностный алгоритм в системе дифференцированной оценки функционального состояния эритропоэза…………………...157
4.4. Заключение……………………………………………………….......169
Заключение ……………………………………………………………...173
Выводы….………………………………………………………………….180
Практические рекомендации …………………………………….182
Литература ……………………………………………………………….184
Относительно значений остальных ретикулоцитарных фракций, то сравнительный анализ показал, что в условиях латентного дефицита железа статистически значимо снижено содержание наиболее зрелой ретикулоцитарной фракции (LFR%) до 95,2 ± 0,48% и повышено количество ретикулоцитов со средней флуоресценцией (MFR%) до 4,5±0,41%. При этом количество ретикулоцитов с высокой флуоресценцией (наименее зрелых) в 100% случаев не выходило за референтные интервалы, представленные фирмой-производителем, а также достоверно не различались в исследуемых выборках.
В целом, в выборке латентного дефицита железа на фоне сниженного по сравнению с контрольной группой относительного и абсолютного количества ретикулоцитов ретикулоцитарная формула омоложена преимущественно за счет увеличения процентного вклада ретикулоцитов со средней флуоресценцией. При этом следует отметить, что в интервале значений IRF% 0-8% вклад фракций MFR% и HFR% в популяцию незрелых ретикулоцитов составляет соответственно 95,6% и 4,4 %, а в диапазоне IRF% 8-20% доли MFR% и HFR% составляют соответственно 91% и 9%. Следовательно, возрастание вероятности латентного дефицита железа сопряжено с увеличением содержания ретикулоцитов с высокой флуоресценцией, что имеет следующее объяснение.
Вероятно, в выборке латентного дефицита железа “левый сдвиг” ретикулоцитарной формулы, сопровождающийся уменьшением количества ретикулоцитов, следует рассматривать как компенсаторную реакцию в ответ на гипоксию. Это обусловлено тем, что со снижением зрелости ретикулоцита плотность трансферриновых рецепторов на единицу объема возрастает, а, значит, незрелые ретикулоциты способны наиболее эффективно использовать железо для синтеза гемоглобина (О.А. Дягилева и др., 2000).
Результаты сравнительного анализа свидетельствовали о достоверности межгупповых различий показателя среднего содержания гемоглобина в ретикулоцитах. В условиях скрытого дефицита железа имело место снижение Ret-He до 27,4 ± 0,23 пг. При этом значения Ret-He, входящие в референтные пределы, отмечены только в 29,4% случаев. Рисунок 11 демонстрирует распределение значений среднего содержания гемоглобина в ретикулоцитах основной и контрольной группы.
1 - латентный дефицит железа, 2 - контрольная группа
Рис. 11. Гистограммы распределения значений содержания гемоглобина в ретикулоцитах
В соответствии с рисунком 11 интервал Ret-He, равный 23-27 пг, относится к латентному дефициту железа со 100% вероятностью. В точке 28 пг уже не исключен нормопоэз. Область значений показателя Ret-He 28–30 пг, является типичной “серой зоной”, так как в данном интервале равновероятен как физиологический эритропоэз, так и дефицит железа. Следовательно, данный количественный диапазон предполагает разграничение нормы и предпатологии, что обусловливает необходимость, даже при нормальном уровне гемоглобина, исследование обмена железа.
Что касается статистически значимых внутрисистемных взаимосвязей между основными показателями красной крови (Ret%, Ret#, IRF%, LFR%, MFR%, HFR%, Ret-He, RBC, HGB), то установлено их сопоставимое количество в выборках с латентным дефицитом железа (29) и физиологическим эритропоэзом (34).
Последующий сравнительный анализ выявил следующую особенность. В условиях латентного дефицита железа отсутствуют положительные корреляции между относительным количеством ретикулоцитов и содержанием эритроцитов, а также уровнем гемоглобина (отмеченные выше в выборке с физиологическим эритропоэзом), но имеет место достоверная отрицательная взаимосвязь между RBC и Ret-He (r=-0,32, p=0,02). Причем здесь еще раз отметим отсутствие межгрупповых достоверных различий в содержании эритроцитов. Вероятное объяснение выявленной особенности представляется следующим.
Дефицит запасов железа, как правило, сопряжен с тканевой гипоксией. При этом за счет стимуляции кроветворения эритропоэтином скорость продукции эритроцитов может увеличиваться в 6-8 раз (В.В. Свищенко, Н.А. Стахин, 2004). Вероятно, здесь, уже на начальных этапах кислородного голодания тканей, реализуются компенсаторные механизмы, направленные на повышение устойчивости эритропоэза как биологической системы, что обусловливает формирование реципрокных взаимоотношений между Ret-He и RBC: снижение количества доступного для кроветворения железа сопряжено с поступлением в кровяное русло большего количества (гипохромных) эритроцитов. То есть, в условиях латентного дефицита железа на фоне достаточно большого количества внутрисистемных взаимосвязей меняется характер их взаимодействия.
Для оценки информативности показателей гемограммы и маркеров метаболизма железа при скрининге латентного дефицита железа был проведен ROC–анализ. Следует отметить, что такие показатели гемограммы, как средняя концентрация гемоглобина в эритроците, ширина распределения эритроцитов по объему, количество незрелых ретикулоцитов, количество ретикулоцитов со средней и высокой флуоресценцией, не обнаружили диагностической ценности (площадь под кривой близка к 0,5) и были исключены из дальнейшего анализа.
В таблице 16 представлены результаты ROC–анализа избранных лабораторных показателей между латентным дефицитом железа и контрольной группой.
Таблица 16
Результаты ROC– нализа избранных лабораторных показателей между латентным дефицитом железа и контрольной группой
Показатель |
Se,% |
Sp, % |
ROCAREA |
SEAREA |
|
Ret-He (пг) |
88,2 |
90,3 |
0,953 |
0,019 |
HGB (г/л) |
66,7 |
69,4 |
0,702 |
0,049 |
HCT (%) |
60,8 |
66,1 |
0,660 |
0,052 |
MCV (фл) |
66,7 |
79,0 |
0,829 |
0,039 |
MCH (пг) |
72,5 |
85,5 |
0,873 |
0,035 |
Ret% (%) |
47,1 |
71,0 |
0,664 |
0,051 |
Ret # (1012/л) |
41,2 |
79,0 |
0,655 |
0,052 |
LFR% (%) |
33,3 |
85,5 |
0,582 |
0,055 |
СЖ, мкмоль/л |
80,0 |
53,8 |
0,664 |
0,108 |
Анализ данных таблицы 16 показал, что наиболее информативным в плане скрининга латентного дефицита железа является показатель Ret–He (ROCAREA=0,953, чувствительность 88,2%, специфичность 90,3%). Показатель стандартной ошибки шкалы SEAREA=0,019 подтверждает его информативность. Рисунок 12 демонстрирует рассчитанный характеристический график среднего содержания гемоглобина в ретикулоцитах.
Рис. 12. Характеристический график содержания гемоглобина в ретикулоцитах (эталонный метод – концентрация сывороточного ферритина 20 нг/мл)
Как следует из рисунка 12, полученные операционные характеристики для каждого значения диагностической шкалы на координатной плоскости (чувствительность и 1 - специфичность) находятся значительно выше биссектрисы координатного угла, что указывает на информативность в плане диагностической значимости содержания гемоглобина в ретикулоцитах для скрининга начальной стадии дефицита железа. Определено оптимальное пороговое значение шкалы Ret-He, равное 28,7 пг, которое делит её на две части, соответствующие альтернативным прогнозам. Область значений показателя ниже 28,7 пг с вероятностью 89% (среднее арифметическое чувствительности и специфичности) соответствует состоянию, связанному с начальной стадией дефицита железа.
Все остальные анализируемые ретикулоцитарные показатели, согласно результатам ROC–анализа, оказались гораздо менее информативными, чем Ret-He (площадь под характеристической кривой меньше 0,9). В целом, в порядке убывания информативности, анализируемые параметры расположились следующим образом: Ret% (ROCAREA=0,664, SEAREA=0,051); Ret# (ROCAREA=0,665, SEAREA=0,052); LFR% (ROCAREA=0,582, SEAREA=0,055).
При этом Ret%, Ret#, LFR% оказались низко чувствительными (низка вероятность положительного результата в присутствии латентного дефицита железа), но высокоспецифичными (высока вероятность отрицательного результата в отсутствии латентного дефицита железа). Однако самостоятельной диагностической ценностью они не обладают.
Из остальных параметров красной крови ROC–анализ выделил информативность, а, следовательно, диагностическую ценность следующих эритроцитарных показателей: MCH (ROCAREA=0,873, SEAREA=0,035); MCV (ROCAREA=0,829, SEAREA=0,039); HGB (ROCAREA=0,702, SEAREA=0,049); HCT (ROCAREA=0,660, SEAREA=0,052). Показатель MCH – среднее содержание гемоглобина в эритроцитах – оказался самым информативным эритроцитарным маркером в отношении альтернатив прогноза. Согласно полученным данным, оптимальное пороговое значение диагностической шкалы 29,1 пг разделяет выборку лиц со скрытым дефицитом запасов железа с вероятностью 79%.
Установлено, что концентрация сывороточного железа малоинформативна в плане альтернативных прогнозов при скрининге дефицита запасов железа, на что указывают небольшое значение площади под характеристической кривой (ROCAREA=0,664) и значительная стандартная ошибка диагностической шкалы (SEAREA=0,108). Несмотря на высокую чувствительность СЖ (80%), его характеризует низкая специфичность (53,8%).
В целом обосновано заключить, что из всех исследованных показателей только содержание гемоглобина в ретикулоцитах обладает самостоятельной диагностической ценностью в плане скрининга латентного дефицита железа.
Дискриминационный анализ, проведенный по результатам ROC-анализа, подтвердил достоверные межгрупповые различия, касающиеся показателей Ret-He, MCH, MCV и HGB (p<0,05). Процент корректных соотнесений составил для выборки с латентным дефицитом железа 90,2%, для контрольной группы 93,5%. Общий процент корректных соотнесений составил 92%. Рассчитанные нами классификационные уравнения (5, 6) для скрининга латентного дефицита железа выглядят следующим образом:
DF (латентный дефицит железа)=5,8xHGB+1,6xMCV– 1,4xMCH–3,4х xRet-He –516,3;
DF (здоров) =6,0xHGB+1,7xMCV– 1,1xMCH–2,2xRet-He–574,74. (6)
Пример: У спортсменки П-я Е. (21 год, гребля на байдарках и каноэ, МСМК) получены следующие результаты гемограммы: количество эритроцитов 4,6х1012/л, уровень гемоглобина 13,2 г/дл, средний объем эритроцитов 78,7 фл, среднее содержание гемоглобина в эритроцитах 28,7 пг, содержание гемоглобина в ретикулоцитах 28,6 пг. Исходя из значений показателей гемограммы, можно предположить, что спортсменка абсолютно здорова. При этом небольшое снижение MCV является физиологической нормой для высококвалифицированного атлета.
Подставляя значения показателей в системы разработанных классификационных уравнений, получаем:
DF (латентный дефицит железа) =553,93;
DF (здоров) =528,12.
Далее, решая систему классификационных уравнений, ориентируясь на максимум значений функций, получаем, что спортсменка П-я Е. с вероятностью 92% относится к группе латентного дефицита железа. Верность классификации подтверждает проведенный параллельно анализ метаболизма железа, свидетельствующий о снижении запасов железа у спортсменки: СЖ=12,3 мкмоль/л (норма 8-30 мкмоль/л), ЛССЖ=57,3 мкмоль/л (норма 20-70 мкмоль/л), СФ=9,8 (норма 20-200 нг/мл).
Таким образом, разработанная система уравнений позволяет с вероятностью 92% выявлять латентный дефицит железа только на основании ретикулоцитарных и эритроцитарных индексов гемограммы.
3.5. Ретикулоцитарные и эритроцитарные показатели в системе дифференцированной оценки эритропоэза в условиях манифестного истинного и перераспределительного дефицита железа
В данном разделе исследования анализировались ретикулоцитарные и эритроцитарные показатели в условиях манифестного дефицита железа. При концентрации гемоглобина ниже 12 г/дл у женщин и меньше 13 г/дл у мужчин уровень сывороточного ферритина 15 нг/мл принимался за общепринятый ”золотой стандарт”, разграничивающий выборки гемограмм с истинным и перераспределительным дефицитом железа. За контрольные значения принимались результаты анализа выборки лиц с физиологическим эритропоэзом.
Значения основных лабораторных показателей при истинном и перераспределительном дефиците железа представлены в таблице 17.
Таблица 17
Значения лабораторных показателей при истинном и перераспределительном дефиците железа
Показатели |
Истинный дефицит железа
|
Перераспредели-тельный дефицит железа |
Контрольная группа | |
X±Erx (Sd) | ||||
RBC, (10¹²/л) |
3,94 ±0,06 (0,63) |
3,57 ± 0,10 (0,76) |
4,49 ± 0,06 (0,43) | |
HGB, (г/дл) |
7,88 ± 0,21 (2,16) |
9,70 ± 0,20 (1,65) |
13,4 ± 0,16 (1,3) | |
HCT, (%) |
25,9 ±0,52 (5,4) |
28,8 ± 0,59 (4,6) |
37,8 ± 0,52 (4,1) | |
MCV, (фл) |
64,9 ± 0,83 (8,5) |
82,4 ± 1,48 (11,7) |
83,9 ± 0,36 (2,8) | |
Продолжение таблицы 17
Показатели |
Истинный дефицит железа
|
Перераспредели-тельный дефицит железа |
Контрольная группа |
X±Erx (Sd) | |||
MCH, (пг) |
19,9 ±0,39 (4,0) |
27,9 ± 0,60 (4,8) |
29,7 ± 0,10 (0,9) |
MCHC, (г/дл) |
30,2 ± 0,28 (2,9) |
33,7 ± 0,28 (2,2) |
35,3 ± 0,20 (1,6) |
RDW,(%) |
18,7 ±0,30 (3,1) |
16,0 ± 0,39 (3,0) |
13,2 ± 0,09 (0,8) |
Ret% |
1,07 ± 0,06 (0,66)* |
1,24 ± 0,08 (0,62)* |
0,87 ± 0,04 (0,28) |
Ret#, (10¹²/л) |
0,037±0,003 (0,026)* |
0,038±0,002 (0,019)* |
0,038 ± 0,001 (0,015) |
IRF%, (%) |
13,3 ±0,58 (5,9) |
9,4 ± 0,79 (6,2) |
3,8 ± 0,25 (2,0) |
LFR%, (%) |
86,6 ± 0,59 (6,1) |
90,6 ± 0,79 (6,2) |
96,2 ± 0,25 (2,0) |
MFR%, (%) |
11,6 ± 0,47 (4,9) |
8,3 ± 0,66 (5,2) |
3,5 ± 0,24 (1,9) |
HFR%, (%) |
1,76 ± 0,13 (1,32) |
1,12 ± 0,16 (1,22) |
0,21 ± 0,03 (0,23) |
Ret-He, (пг) |
18,1 ± 0,46 (4,8) |
27,4 ± 0,62 (4,7) |
30,8 ± 0,18 (1,4) |
ЛССЖ, мкмоль/л |
73,7 ± 1,04 (9,8) |
34,8 ± 2,28 (15,7) |
37,9 ± 2,1 (11,8) |
СЖ, мкмоль/л |
3,7 ± 0,21 (2,1) |
12,8 ± 1,34 (9,2) |
14,5 ± 1,47 (5,3) |
СФ, нг/мл |
7,1 ±0,38 (4,0) |
238,3 ± 32,84 (243,6) |
73,5 ± 8,4 (48,2) |