Оптические свойства гранулярных клеток крови: нейтрофилы - Медицина курсовая работа

Главная

Медицина
Оптические свойства гранулярных клеток крови: нейтрофилы

Анализ нейтрофилов как клеток крови, случаи их патологического изменения. Методы изучения нейтрофилов. Экспериментальная апробация способа получения гематологических характеристик, которые могут быть использованы как признаки патологии нейтрофилов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оптические свойства гранулярных клеток крови: нейтрофилы
В качестве экспериментальной установки был использован сканирующий проточный цитометр (СПЦ).
Его основные характеристики следующие:
1) индикатриса одиночной частицы измеряется в полярных углах от 5 до
120 0 с интегрированием по азимутальному углу от 0 до 360 0 ,
2) измерения, зависимостью от полярного угла, проводятся с использованием одного фотоприемника,
3) во время измерения частица движется в зоне постоянной освещенности.
СПЦ имеет оптическую систему, в которой свет, рассеянный одиночной частицей, сканируется по апертуре фотоприемника во время ее движения в потоке по капилляру кюветы.
Рис. 1. Оптическая схема сканирующего проточного цитометра стандартной конфигурации.
Схема кюветы представлена на Рис. 2. Поток, образованный гидрофокусирующей головкой, направляется в капилляр оптической кюветы (диаметр капилляра 0.254 мм, показатель преломления 1.458). Сферический рефлектор (радиус 3.0 мм) оптической кюветы направляет параллельные лучи на зеркало, расположенное под углом 45 градусов. При пересечении частицей триггерного луча (0 на Рис. 2) система измерения активируется по сигналу триггерного фотодиода. Для любого расположения частицы внутри измерительной зоны свет, рассеянный только под определенным углом отразится сферическим зеркалом параллельно оси потока. Например, углы 1 и 2 соответствуют точкам 1 и 2 соответственно (Рис. 2). Угол, образованный направлением падающего лазерного луча и рассеянным лучом, который отражается параллельно оси потока, непрерывно изменяется от 1 до 2 ?при движении частицы внутри зоны регистрации оптической кюветы. Параллельные лучи, отраженные 45-градусной пластинкой, выходят из оптической кюветы и фокусируются линзой в диафрагму, установленную перед фотоумножителем. Зависимость напряжения на фотоумножителе от времени может быть легко преобразована в зависимость интенсивности светорассеяния от угла [10].
Основное излучение (диодный лазер, 660 нм, 20 мВт) (лазер 1, Рис. 1) распространяется вдоль оси канала, по которому движутся частицы, и фокусируется в кювету через оптическое окно в нижней части сканирующей оптической кюветы. Фокусировка луча (линза 1, Рис. 1) обеспечивает постоянную освещенность движущейся частицы во время измерения.
Рис. 2. Упрощенная схема функционирования оптической кюветы. Основной и триггерный луч, а также лучи рассеяния показаны штриховыми линиями.
Сигнал фотоумножителя, отцифровываемый аналогово-цифровым преобразователем (сигнал СПЦ), отличается от реальной индикатрисы вследствие искажения аппаратной функцией СПЦ. Угловое разрешение зависит от положения частицы в зоне регистрации. Для нормировки наблюдаемого сигнала использован аналитический вид аппаратной функции. Ее вид представлен формулой (1) настоящего раздела при = 0, = Д/f, где - диаметр диафрагмы фотоумножителя, f - фокусное расстояние линзы.
где H - расстояние от пролетающей частицы до диафрагмы фотоприёмника, n 1 - показатель преломления кюветы (кварц), h - расстояние от сферического зеркала до края подложки.
Вид аппаратной функции представлен на Рис. 3.
Рис. 3. Зависимость телесного угла () от .
Определим диапазон углов, в которых представляется возможным измерять индикатрису светорассеяния нейтрофила. Наибольший вклад в ограничения минимального угла вносят геометрические параметры кюветы. Минимальный угол для измерения при параметрах цитометра d =254 мкм и l =5 мм - и=1.5є [10].
Рис. 4. Элемент матрицы Мюллера , рассчитанный для оптической модели нейтрофила.
Ограничения для максимального угла измерения индикатрисы составляет паразитный фон, который в эксперименте составлял 10% от максимального пика сигнала (Рис. 5). Индикатриса представляет собой элемент матрицы Мюллера, проинтегрированный по азимутальному углу ц для неполяризованного света. Матрица Мюллера, или матрица рассеяния, связывает параметры Стокса для падающего и рассеянного света [3]. В случае падения на частицу неполяризованного света интенсивностью , интенсивность рассеянного света равна . Элемент матрицы Мюллера , рассчитанный для оптической модели нейтрофила представлен на Рис. 4. Сама модель будет рассмотрена ниже [Глава 3].
Рис. 5 Регистрируемый на СПЦ сигнал светорассеяния от нейтрофила
Чтобы найти число фотонов, собираемых фотодиодом в единицу времени, оценим сначала энергию светорассеяния. В нашем случае, интенсивность рассеянного света равна:
где , л -длина волны падающего света (для диодного лазера 660 нм). Мощность падающего излучения P= 40 мВт, время облучения нейтрофила ф =0.2 мкс.
Сечение пучка лазера составляло 27·10 -11 мІ. D - ширина перетяжки лазерного излучения (радиус перетяжки) , равная 4.7 мкм, где f- фокусное расстояние линзы 45 мм, d- радиус пучка на выходе из лазера 2 мм.
Энергия рассеянного света выражается по формуле (4):
здесь - поверхность сбора рассеянного света. Подставляя в (4) вместо интенсивности выражение (3) и учитывая, что , получим:
где J- проинтегрированный по телесному углу (Рис. 3) элемент .
Подставляя численные значения величин в формулу (5) , и оставляя за варьируемый параметр J, получим:
Количество квантов N, собираемых фотоприемником:
где h -постоянная Планка 6.626 · 10 -34 Дж·с, c -скорость света 3.0 · 10 8 м/с.
Используя выражение (6), представим (7) в следующем виде:
Осталось найти явное выражение для J. По определению, J - проинтегрированный по телесному углу элемент :
Это выражение с учетом аппаратной функции (1) и (2) можно преобразовать к виду:
Таким образом, учитывая формулу (10), находим число фотонов по формуле (8) (Рис. 6).
Найдем углы и, при которых шумы сравнимы с количеством рассеянных фотонов. Обычные источники шума, такие как флуктуации интенсивности возбуждающего излучения и флуоресценции потока частиц, в основном результат того, что эмиссия света случайный процесс. Число фотонов, достигающих фотодетектор, подчиняется статистике Пуассона, если имеется источник фотонов, дающий в среднем фот/сек., то вероятность регистрации n квантов за время t подчиняется статистике Пуассона.
Важное свойство статистики Пуассона заключается в том, что среднеквадратичные флуктуации потока равны мощности источника фотонов . Это выражение описывает так называемый фотонный шум.
В проточной цитометрии сигнал состоит из двух компонент:
1. сигнал светорассеяния от нейтрофила, имеющий n f фотонов,
Рис. 6 . Количество квантов, собираемых фотодетектором
2. фоновый сигнал, n b , вызванный в основном рассеянием на потоке частиц и оптике.
Следовательно, суммарная интенсивность, попадающая на фотокатод, есть n f +n b . Далее, попав на фотокатод, фотоны выбивают электроны из фотокатода. Это тоже случайный процесс и количество фотоэлектронов изменяется согласно распределению Пуассона. Следовательно, относительное стандартное отклонение сигнала с фотокатода ФЭУ будет:
где = (0.05) фотоэлектронная квантовая эффективность ФЭУ - вероятность что фотон, попадая на фотокатод, выбьет фотоэлектрон.
В итоге, максимальный угол и находится из условия, что рассеяние от нейтрофила, собранное под этим углом и падающее на фотокатод, сравнимо с шумами. Величина фона составляла около 10% от максимального пика сигнала светорассеяния, что для оценки можно взять равной n b =0.1·(1.3•10 6 ) (Рис. 6). Так как стандартное отклонение есть мера разброса значений относительно среднего, то, приравняв у p =1, найдем величину сигнала светорассеяния n f , при котором шумы сравнимы с данным сигналом. Решая квадратное уравнение (12) относительно неизвестной n f , получим значение n f = 1.6 10 3 . По чувствительности ФЭУ нет ограничений, так как нет угла, соответствующего полученному значению n f, (Рис. 6). Таким образом, диапазон углов, в которых представляется возможным измерять индикатрису светорассеяния нейтрофила, ограничивается значением 120 градусов.
СПЦ позволяет измерять абсолютные характеристики светорассеяния частиц. Индикатрисы светорассеяния полистирольных частиц, измеренные на СПЦ, хорошо согласуются с индикатрисами, посчитанными с помощью теории Ми [11], поэтому размер и показатель преломления однородных сферических частиц были определены методом наименьших квадратов (МНК).
Дифференциальное сечение рассеяния вычислялось по формуле:
Где S 11 -сигнал с СПЦ, у-дифференциальное сечение рассеяния, n 0 =1.337 показатель преломления среды, л= 660 нм - длина волны излучаемого лазера.
Дифференциальное сечение рассеяния характеризует эффективность частицы рассеивать свет. Для определения дифференциального сечения нейтрофилов на СПЦ одновременно измерялись индикатрисы полистирольных частиц (сферы) размером 5мкм и лейкоцитов четырёх различных пациентов. Пробоподготовка осуществлялась по описанной выше методике [2.1]. По флуоресценции были выделены индикатрисы нейтрофилов. Результаты измерения представлены на Рис. 7. Шкала абсолютного дифференциального сечения рассеяния была определена с помощью метода нелинейной регрессии экспериментальных индикатрис полистирольных частиц и теоретических индикатрис, посчитанных с помощью теории Ми.
Рис. 7 Дифференциальное сечение нейтрофилов и полистирольных частиц 5 мкм
В данной таблице представлены средние значения размеров нейтрофилов со стандартной ошибкой среднего и шириной распределения. Размер клеток определялся с помощью Фурье преобразования индикатрисы [9]. Посчитано для четырёх различных пациентов.
На Рис. 8 представлены средние дифференциальные сечения рассеяния нейтрофилов для четырёх различных пациентов. Так как размеры самих клеток и гранул отличаются от пациента к пациенту, это обуславливает различия между дифференциальными сечениями рассеяния.
Рис. 8 Среднее (по пробе) дифференциальное сечение рассеяния нейтрофилов четырёх различных пациентов
Моделирование светорассеяния однородными частицами простой формы производится относительно легко [4]. К сожалению, большинство клеток крови имеют неоднородную структуру и сложную форму. Поэтому была предложена оптическая модель нейтрофила в виде сферы, заполненной сферами меньшего диаметра - гранулами и ядром в виде четырёх сфероидов различных размеров (Рис. 9). Данная модель имеет следующий набор параметров, значения которых соответствуют литературным данным по морфологии: диаметр клетки d с =9.6 мкм, диаметр гранул d g =0.1, 0.15 и 0.2 мкм, показатель преломления цитоплазмы клетки m c =1.357, показатель преломления гранул m g =1.54, показатель преломления среды (в данной работе это физ. раствор) m 0 =1.337, объёмная доля гранул f=0.1, 0.2, объёмная доля ядра - 0.11.
Рис. 9 Оптическая модель нейтрофила. Все гранулы идентичны и расположены случайным образом. Доли ядра отличаются друг от друга по размеру и расположены случайным образом.
Данная модель была использована для расчёта дифференциального сечения рассеяния методом Discrete Dipole Approximation (DDA) [4]. В настоящее время DDA самый мощный метод расчёта светорассеяния от биологических частиц произвольной формы.
Расчёт методом DDA был произведён для шести различных наборов параметров. Варьировали диаметр гранул d g и угол в поворота клетки относительно оси z.
Рис. 10 Дифференциальное сечение рассеяния для полистирольной частицы 5 мкм и характерных нейтрофилов четырёх различных пациентов
Результаты расчёта представлены на Рис. 11. Результаты обработки теоретических индикатрис нейтрофилов для различных наборов параметров показали, что интенсивность рассеянного света в углы более 30?, зависит от размера гранул и их количества. Из Рис. 10, Рис. 11 видно, что экспериментальные и теоретические сечения рассеяния хорошо согласуются. Что позволяет сделать вывод об адекватности, предложенной нами оптической модели нейтрофила.
Рис. 11 Дифференциальное сечение рассеяния оптической модели нейтрофилов для различных наборов параметров
Приведённые выше результаты, демонстрируют возможность СПЦ анализировать светорассеивающие свойства нейтрофилов. В будущем планируется разработать методики, позволяющие определять патологии нейтрофилов при различных заболеваниях.
В данной работе были получены следующие результаты:
1. Впервые измерена индикатриса нейтрофилов. Получена зависимость дифференциального сечения рассеяния от угла рассеяния.
2. Предложена оптическая модель, описывающая морфологию нейтрофила. Данная модель была использована для расчёта абсолютного дифференциального сечения рассеяния методом DDA.
3. Экспериментальные и теоретические сечения рассеяния хорошо согласуются, что говорит об адекватности предложенной оптической модели.
Данная работа открывает новый способ получения гематологических характеристик, которые могут быть использованы как признаки патологий нейтрофилов.
Основные результаты данной работы докладывались на:
· Биофизической мастерской-2006 Новосибирск, 21 декабря 2006г.;
· Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс-2007, Новосибирск, 11-13 апреля 2007.;
· Биофизической мастерской-2007 Новосибирск, 16мая 2007;
· Всероссийской Научной Конференции Студентов Физиков и молодых учёных (ВНКСФ-13), Ростов-на-Дону - Таганрог, 26марта-4 апреля 2007.
1. http://medicine.belmapo.by/download/2003/H_JOURNAL_2003_1.pdf
2. А.А.Тотолян, И.С.Фрейдлин Клетки иммунной системы, С.-Пб., «Наука», 1999, т. 1.
3. Maltsev VP and Semyanov KA. Characterisation of Bio-Particles from Light 4. Scattering. Inverse and I11-Posed Problems Series, Utrecht: VSP, 2004.
M.A.Yurkin Discrete dipole simulations of light scattering by blood cells, Amsterdam, 2007.
5. A.M. Thurau, U. Schylz, V. Wolf, N. Krug, and U. Schauer, Identification of eosinophils by flow cytometry, Cytometry 23, 150-158 (1996).
6. К.А. Семьянов Отчёт о научно-исследовательской работе по теме “Разработка методик выполнения измерений характеристических параметров в Т и В лимфоцитов, ретикулоцитов, тромбоцитов и гранулоцитов цельной крови человек на сканирующем проточном цитометре”, Новосибирск, 2006.
7. В.А.Павлов Поляризационные измерения на сканирующем проточном цитометре, Новосибирск 2002.
8. Д.И.Строкотов Изучение характерных особенностей морфологии лимфоцитов по светорассеянию, Новосибирск, 2006.
9. И.В.Колесникова Исследование формы тромбоцитов с помощью сканирующей проточной цитометрии, Новосибирск, 2006.
10. Soini JT, Chernyshev AV, Hдnninen PE, Soini E, Maltsev VP. A new design of the flow cuvette and optical set-up for the Scanning Flow Cytometer. Cytometry 1998;31:78-84.
11. A.Hoekstra et.al. (eds.), Optics of Biological Particles, 269-280.
Влияние окислительных условий на динамику фагоцитарной реакции нейтрофилов. Получение полиморфноядерных гранулоцитов из периферической крови. Оценка изменения динамического состояния мембраны нейтрофилов после инкубации в окислительных условиях. дипломная работа [6,5 M], добавлен 25.04.2012
Этиология, патогенез и лечение панкреонекроза. Нейтрофилы: жизненный цикл, морфология, функции, метаболизм. Биолюминесцентный метод определения активности НАД(Ф)-зависимых дегидрогеназ в нейтрофилах. Активность лактатдегидрогеназы нейтрофилов крови. курсовая работа [175,0 K], добавлен 08.06.2014
Сравнительное исследование влияния низкомолекулярной фракции кордовой крови и фармакологического препарата актовегина на показатели фагоцитарной активности нейтрофилов трансфузионной лейкоцитарной массы и кислород-зависимых бактерицидных механизмов. дипломная работа [131,5 K], добавлен 17.08.2011
Исследование крови как один из важнейших диагностических методов, общая методика и этапы его проведения, особенности и значение. Параметры оценки красной и белой крови, тромбоцитов, нейтрофилов и эритроцитов, документальное оформление результатов. курсовая работа [65,4 K], добавлен 25.04.2009
Лабораторное исследование периферической крови у детей. Функции эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов. Качественные изменения нейтрофилов. Скорость оседания эритроцитов. Белковый состав плазмы крови. Нормальные показатели у детей различного возраста. презентация [3,2 M], добавлен 22.09.2016
Форменные элементы крови. Форма и строение эритроцитов. Основные функции лимфы и нейтрофилов. Типология групп крови. Морфологические признаки и биологическая роль лейкоцитов. Совместимость групп крови человека. Базофильные и эозинофильные гранулоциты. презентация [1,2 M], добавлен 22.03.2016
Автоматические методы анализа клеток крови. Основные источники ошибок при подсчете эритроцитов и лейкоцитов в камере. Особенности влияния различных факторов на результаты исследования крови. Информативность и достоверность гематологических тестов. реферат [44,1 K], добавлен 20.12.2012
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Оптические свойства гранулярных клеток крови: нейтрофилы курсовая работа. Медицина.
Реферат: Углеродные нанотрубки 3
Реферат: Себестоимость и издержки производства
Изменения климата
Реферат: Доступ к экологической информации: права и возможности. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Angelina Ward Grimke
Курсовая работа: Анализ существующих типов организационных структур. Традиционные и новые структуры
Здоровое Поколение Эссе
Право В Системе Социального Регулирования Реферат
Эссе На Тему Мой Личный Обломов
Мини Сочинение Мой Жизненный Путь
Реферат Методы Исследования В Биологии
Реферат по теме Развитие молочного скотоводства в Республике Беларусь
Реферат по теме Основные и периферийные устройства компьютера
Реферат: Animal Rights Essay Research Paper Justin KubisiakProposal
Реферат: Jungle By Upton Sinclair Essay Research Paper
Василий Шукшин Сочинение
Реферат На Тему Історія Автомобільної Марки Bugatti
Сочинение По Картине Поленова
Освещение Строительной Площадки Курсовая Работа
Контрольная Работа По Теме Треугольник Ответы
Стандарт WiMAX. WiMAX – технологія безпровідного зв’язку - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа
Стилистические приемы во французских плакатных текстах социальной рекламы - Иностранные языки и языкознание дипломная работа
Риск и опасность. Системный анализ безопасности - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда презентация