Голографическая интерферометрия и лазерная микроскопия эритроцитов

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Апробация диссертационного материала.

Результаты работ докладывались на:

1. 4ом Всесоюзном семинаре "Физические методы и вопросы метрологии биомедицинских измерений", Москва, 1976 г.

2. Первом Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Оптическое приборостроение и голография", Львов, 1976 г.

3. Первой Всесоюзной конференции "Средства и методы квантовой электроники в медицине", г. Саратов, 1976 г.

4. 4ой Енисейской биофизической конференции "Механизмы регуляции эритропоэза", г. Красноярск, 1978 г.

5. Заседании гематологической секции общества педиатров г. Москвы /предс. чл.корр. АМН СССР Н.С. Кисляк/, г. Москва, 1980 г.

6. Заседаниях Научного Совета по проблеме "Голография" при АН СССР /предс. чл.корр. АН СССР Л.Д.Бахрах/, г. Москва, г. Ленинград, 1980 г.

7. Заседании Научного Совета кафедры "Физика твердого тела" Московского инженерно-физического института, г. Москва, 1981 г.

8. Заседании Ученого Совета МНИИ педиатрии и детской хирургии МЗ РСФСР /дир. проф. Ю.Е.Вельтищев/, г. Москва, 1981 г.

Структура работы.

Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, трех глав собственных исследований, включающих описание методик анализа эритроцитов методами оптической голографии и экспериментальных исследований, заключения, выводов и приложения. Библиографический указатель содержит 137 источников литературы. Работа иллюстрирована 45 рисунками и 13 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования

В качестве материала исследования были взяты эритроциты периферической крови здоровых /20/ и больных детей: 5 с сахарным диабетом, 6 с диффузным гломерулонефритом, 12 с наследственным микросфероцитозом в возрасте от 6 до 12 лет. Обследовались эритроциты родственников детей, больных НС. В 2х случаях анализировались эритроциты, выделенные из удаленной по поводу НС селезенки.

Забор крови производился из локтевой вены. Для анализа использовалась гепаринизированная кровь в объеме 0,5+1,0 мл, не позднее чем через час после забора крови. Эритроциты исследовались при комнатной температуре /t =20-22⁰ С/ в аутоплазме или в физиологическом растворе в зависимости от типа эксперимента. Взвесь эритроцитов разделялась на две части. Первая часть /0,1 – 0,3 мл/ помещалась под микроскоп, далее проводилось фотографирование или микрокиносъемка интерферограмм и изображений клеток в лазерном свете. Интерференционные картины, снятые на фотопленку, обрабатывались по разработанным методикам расчёта интерферограмм. Вторая часть эритроцитов /0,3 – 0,4 мл/ отбиралась для измерения на рефрактометре показателя преломления внутри и вне клеток.

Эти данные использовались для обсчёта интерферограмм. Исследования эритроцитов проводились по следующим признакам:

1. Определение максимальной и минимальной толщины, площади поверхности, объема, коэффициента сферичности эритроцитов, массы и концентрации гемоглобина, определение формы эритроцитов по их поперечному сечению, анализ изменения поверхности по данным голографической интерферометрии и лазерной микроскопии в проходящем и отраженном свете.

2. Анализ осмотической резистентности эритроцитов по методу рассеяния лазерного излучения на взвеси эритроцитов в средах различной тоничности.

3. Измерение осмотической силы плазмы и физрастворов по электротермическому методу определения осмотического давления биологических жидкостей /Жуков Б.Н. с соавт., 1972/.

4. Контроль рН физрастворов рНметром.

Обработка результатов проводилась с помощью ЭВМ и калькуляторов, полученные данные, представлялись в виде таблиц, графиков, кривых распределения числа эритроцитов от измеряемых параметров, в виде микрофотографии в лазерном свете /увеличение 2250 раз/, интерферограмм эритроцитов, кино и видеомагнитофонных записей.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Теоретическое обоснование использования методов голографической интерферометрии и лазерной микроскопии. Описание количественных методик анализа параметров эритроцитов данными методами

В основе оптической голографии лежит двухстадийньй принцип записи и восстановления объемного изображения объекта. Для записи изображения требуется наличие двух когерентных пучков света, которые обычно получают разделением луча лазера на светоделительной призме. При взаимодействии с фотослоем регистрирующей пластинки происходит одновременная фотозапись двух пучков: сигнального – прошедшего /или отраженного/ сквозь объект и опорного, прошедшего вне объекта. Результатом этого взаимодействия, зафиксированного обычным фотоспособом, является голограмма, которая несет полную информацию об объекте /и фазовую и амплитудную/. В данной работе голографический’ принцип был использован для создания оптической схемы двухлучевого интерферометра по типу Маха Цендера, в которой одно плечо интерферометра сформировано полем микрообъектива микроскопа, а второе его мнимым, голографическим изображением. 0сновной трудностью, с которой приходится сталкиваться при анализе биологических микрообъектов голографическими методами являются их малые размеры и слабое взаимодействие с излучением лазера /малый фазовый сдвиг/. Это приводит к тому, что уровень когерентных оптических шумов, возникающих в схеме, становится сравнимым с полезной информацией. Для устранения этого недостатка в схеме специально предусмотрено устройство для усреднения когерентных оптических шумов, которое позволяет получать высококачественные интерферограммы клеток размером до 5 мкм и их микрофотографии в лазерном свете /проходящем и отраженном/ с увеличением 2250 раз.

Рис. 1. А – Интерференционные картины. Слева направо: полосы в отсутствие объекта, интерферограммы сфероцита и дискоцита, их сечения, рассчитанные по интерференционным картинам. Б – принципиальная схема расчёта сечения эритроцита по его интерферограмме /пояснение в тексте/

Интерференционные картины, наблюдаемые в окуляре микроскопа, представляют собой в отсутствие объекта чередующиеся прямые, темные и светлые полосы, которые искажаются при внесении в поле микрообъектива клеток в зависимости от их оптических свойств (Рис. 1А). Задачей анализа интерферограмм эритроцитов являлось получение количественных характеристик о размерах, форме эритроцитов, массе и концентрации гемоглобина исходя из количественной оценки оптических свойств клеток.

Отклонение интерференционной полосы ∆У (x, y) (Рис. 1,Б) возникаю