Статьи

Многие болезни можно диагностировать по метаболическим нарушениям, которые они вызывают. Так, недостаточное кровоснабжение сердца, или ишемия миокарда, приводит к нехватке кислорода в тканях и связанным с ней понижением рН (ацидоз).

Специалисты Института органической химии им. Ворожцова, Новосибирского государственного университета, университетов штата Огайо и Западной Виргинии (США) и НИИ патологии кровообращения им. Мешалкина разработали метод, позволяющий наблюдать за изменением рН и концентрации кислорода в различных участках живого сердца.

Результаты исследований опубликованы в одном из последних номеров журнала Magnetic Resonance in Medicine (Gorodetsky, A. A., Kirilyuk, I. A., Khramtsov, V. V. and Komarov, D. A. (2015), Functional electron paramagnetic resonance imaging of ischemic rat heart: Monitoring of tissue oxygenation and pH. Magn Reson Med. doi: 10.1002/mrm.25867).

Неинвазивные исследования органов проводят методом магнитного резонанса. Одним из вариантов этого метода является спектроскопия и томография электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

Метод обладает высокой чувствительностью и, позволяет получать томографические изображения, контрастность которых меняется в зависимости от содержания кислорода в исследуемом органе. Для проведения измерений методом ЭПР необходимо ввести в образец специальную молекулу-зонд.

Она взаимодействует с кислородом, приводя к существенным изменениям в наблюдаемом спектре ЭПР, что в свою очередь позволяет определить концентрацию кислорода в исследуемой ткани. Для проведения исследований на живых объектах требуются стабильные и нетоксичные зонды.

Учёные разработали нетоксичные зонды на основе нитроксильных радикалов: для исследования содержания кислорода 2H,15N-дикарбоксипроксил (2H,15N-ДКП), а для определения рН — имидазолиновый нитроксильный радикал. Прежде чем испытывать зонды на животных, их испробовали на изолированном сердце крысы.

Изолированное сердце крысы, через которое прокачивали питательный раствор, содержащий нитроксильный зонд, помещали в резонатор томографа ЭПР.

Чтобы вызвать ишемию участка миокарда, шелковой ниткой перевязывали одну из коронарных артерий. По окончании сканирования ЭПР томограммы кровообращение восстанавливали.

В результате компьютерной обработки данных ЭПР получается цветная картинка — изображение сердца, цвет которого зависит от концентрации кислорода. По мере ее уменьшения цвет меняется от светложелтого к темнокрасному.

Полученные данные показывают, что содержание кислорода в миокарде в районе ишемии существенно понижается, в некоторых участках — почти до нуля, и после восстановления кровообращения нормализуется лишь частично.

Метод томографии ЭПР также позволил картировать области миокарда с повышенной кислотностью (pH 6.7–6.8). Пространственное разрешение метода составило 1.4 мм.

Нитроксильные радикалы, использованные в этих экспериментах, были стабильны и нетоксичны, они не разрушали клетки миокарда, и поэтому метод ЭПР с применением зондов на основе нитроксильных радикалов можно использовать для неинвазивного наблюдения за метаболическими изменениями, происходящими в живых органах.