Математическая морфология.

Электронный математический и медико-биологический журнал. - Т. 7. -

Вып. 4. - 2008. - URL:

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTМ

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-20-html/TITL-20.htm

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-20-html/cont.htm

 

УДК 616.72-002.77-085:616.351-091

Возможности моделирования лимфоэпителиальных взаимоотношений в слизистой оболочке толстой кишки при ревматоидном артрите

 

Ó 2008 г. Борбат А. М.

 

(borat.doc)

 

Были изучены биоптаты больных ревматоидным артритом, хрони­ческим колитом и опухолями толстой кишки (участок вне опухолевого про­цесса) с целью изучения возможности построения модели лимфо­эпи­тели­альных взаимоотношений в слизистой оболочке толстой кишки при ревма­тоид­ном артрите. Использовались гематоксинил-эозиновые срезы, ма­ркеры на лимфоциты-носители CD4 и IgM. По результатам дискрими­наци­онного анализа были определены характерные признаки и их вклад для выде­ле­ния слизистой оболочки толстой кишки при ревматоидном артрите.

Ключевые слова: ревматоидный артрит, моделирование, толстая кишка.

 

Введение. Ревматоидный артрит характеризуется не только значи­тель­ной длительностью, но и высокой частотой инвалидизации и сокращением продолжительности жизни [1]. Патогенетические аспекты этого заболевания до настоящего времени не раскрыты полностью и, скорее обнаруживают новые горизонты для дальнейших исследований, нежели позволяют приблизиться к пониманию интимных механизмов данной патологии. Среди патогенетических локусов значительное внимание уделяется слизистой обо­лочке толстой кишки, которая одновременно является иммунным органом и поставщиком антигенов [2,3].

Целью данного исследования стало изучение возможности построения математической модели лимфоэпителиальных взаимоотношений в слизистой оболочки толстой кишки при ревматоидном артрите.

Материал и методы. Для решения поставленной задачи были исследо­ваны колонобиоптаты 39 больных ревматоидным артритом (не получавших базисной терапии), 7 больных хроническим воспалительным заболеванием толстой кишки и 23 больных опухолевыми или опухолеподобными заболе­ваниями толстой кишки (изучался участок слизистой за пределами новообра­зования). Две последние группы представляли собой контроль: хроническое воспалительное заболевание толстой кишки и условно-нормальную слизис­тую оболочку. Последняя группа обозначена как условно-нормальная, пос­коль­ку изучаемый гистологический материал морфологически характери­зовался как нормальная или почти нормальная слизистая оболочка, т.е. отсутс­твовали какие-либо признаки воспаления, новообразования или других патологических процессов.

Гистологическая обработка биоптатов проводилась по стандартной методике с окраской гематоксилином и эозином. В биоптатах полуко­ли­чественно оценивалась (в баллах от 1 до 4, соотвественно, отсутствие, слабая, умеренная и выраженная степени) инфильтрация нейтрофильными лейко­цитами с повреждением желез, а также эрозированность поверхности слизис­той оболочки: 1 балл – отсутствие, 2 балла – до ½ длины наблюдаемого эпителиального пласта, 3 балла – более ½ периметра эпителиального покрова.

Митотический режим изучали по общепринятой методике:  мито­тический индекс и доли стадий митоза в общем количестве делящихся клеток – процент митозов, находящихся в профазе, метафазе, анафазе и телофазе соответственно; доли патологических и К-митозов в общем числе митозов.

Количество внутриэпителиальных мононуклеарных лейкоцитов подс­чи­тывали в пласте, состоящем из 1000 эпителиоцитов, получая тем самым внутриэпителиальный мононуклеарный индекс. Подсчетом количества мононуклеарных лейкоцитов, прилежащих к пласту из 1000 эпителиоцитов, получали субэпителиальный мононуклеарный индекс.

Отдельно производился подсчет в слизистой оболочке количества круп­ных, «пенистых», ШИК-положительных макрофагов (подобных тем, что встречаются при малакоплакии). Количество макрофагов расположенных в непосредственной близости от мышечного слоя собственной пластинки и не выше дна желез, отнесенное к длине мышечного слоя, давало макрофагальный индекс.

Лимфоидные фолликулы подсчитывали во всем препарате (все колонобиоптаты были примерно одинаковой величины), получая следующие показатели: общее количество лимфоидных фолликулов и средние значения диаметров лимфоидных фолликулов в срезе.

В препаратах, обработанных моноклональными антителами против антигенов CD4, определяли количества их лимфоцитов-носителей в пласте из 1000 эпителиоцитов, получая лимфоцитраный индекс-CD4. Аналогичным образом получали индекс лимфоцитов, несущих иммуноглобулины класса М – лимфоцитарный индекс-IgM.

Измерения проводили с помощью программы UTHSCSA Image Tool, статистическую обработку результатов – с помощью программы STATISTICA  методом дискриминантного анализа с последовательным включением признаков в модель.

Результаты. После гистологического изучения биоптатов, был проведен дискриминантный анализ пошаговым методом с включением вариаций факторов, которые могут влиять на развитие патологического процесса. Были получены значимые различия между группами (количество шагов 13, лямбда Уилкса 0,06 F=13,4, процент коррекции – 99,6%). В данной модели вторым по значимости признаком был возраст, что не может не вызывать возражений по крайней мере по двум причинам: во-первых, возраст не имеет непос­редственной (или, по крайней мере, однозначной) связи с лимфоэпи­те­ли­альными взаимоотношениями в слизистой оболочке толстой кишки, во-вторых, следует помнить, что выборка одной из контрольных групп не может быть охарактеризована случайной по данному фактору, поскольку состояла из пациентов, имеющих новообразование в толстой кишке, что, как известно, присуще старшей возрастной группе.

Повторный анализ с тем же набором признаков, за исключением воз­раста продемонстрировал схожую модель: последовательно оказались вклю­чен­ными морфологические признаки, характеризующие не только воспа­лительные изменения слизистой оболочки и инфильтрацию эпителия, но и митотический режим (количество шагов=11; лямбда Уилкса=0,09; F=11,5; р<0,0000, процент коррекции составил 95,7%). Посредством многомерного F-критерия было определено, что различия между группами, несмотря на исключения одного из признаков, значимы. Различия в степени отдельных морфологических признаков в зависимости от патологического процесса представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Распределение значений признаков по исследуемым группам

 

Заболевание

Воспалительные заболевания толстой кишки

Ревматоидный артрит

Условно-нормальная слизистая оболочка

Показатель**

N

7

39

23

Субэпителиальный мононуклеарный индекс

M±m

21,4±4,0

9,8±0,7

9,0±0,7

ДИ***

11,6÷31,3

8,4÷11,3

7,6÷10,4

Митотичекий индекс

M±m

2,9±1,9

8,6±1,1

2,5±0,6

ДИ

-1,8÷7,5

6,2÷10,9

1,3÷3,7

Внутриэпителиальный мононуклеарный индекс

M±m

37,3±6,1

20,5±1,4

29,9±2,1

ДИ

22,4÷52,2

17,7÷23,4

25,6÷34,1

Инфильтрация нейтрофильными лейкоцитами

M±m

3,0±0,2

2,0±0,1

1,5±0,1

ДИ

2,5÷3,5

1,8÷2,2

1,2÷1,7

Лимфоцитарный индекс-CD4

M±m

13,3±2,3

16,4±1,3

10,7±0,7

ДИ

7,6÷18,9

13,7÷19,0

9,3÷12,2

Лимфоцитарный индекс-IgM

M±m

5,0±1,4

10,8±0,7

13,3±1,1

ДИ

1,7÷8,3

9,4÷12,2

11,0÷15,5

Эрозированность слизистой оболочки

M±m

1,4±0,3

1,4±0,1

1,2±0,1

ДИ

0,7÷2,2

1,1÷1,6

1,0÷1,4

Количество лимфоидных фолликулов

M±m

0,0±0,0

0,7±0,1

0,6±0,2

ДИ

—

0,5÷1,0

0,2÷1,0

Макрофагальный индекс

M±m

1,9±1,9

5,0±1,0

0,0±0,0

ДИ

-2,7÷6,4

2,9÷7,1

—

Доля К-митозов

M±m

15,3±14,2

11,9±3,0

1,6±1,2

ДИ

-19,3÷49,9

5,7÷18,1

-0,8÷4,1

Диаметр лимфоидных фолликулов

M±m

0,0±0,0

212±39

94±32

ДИ

—

133÷291

28÷160

 

Примечание: *; ** признаки приведены соответственно последова­тель­нос­ти их включения в модель дискриминантного анализа; *** ДИ - доверительный интервал при Р=95%.

 

Таблица 2. Функции классификации гистологических диагнозов, построенные пошаговым методом (константы при переменных)

 

Воспалительные заболевания толстой кишки

Ревматоидный артрит

Условно-нормальная слизистая оболочка толстой кишки

р

0,10

0,57

0,33

Переменные

 

 

 

Субэпителиальный мононуклеарный индекс

0,92

0,28

0,13

Митотичесвкий идекс

-0,17

0,31

0,01

Внутриэпителиальный мононуклеарный индекс

0,13

0,02

0,27

Инфильтрация мононуклеарными лейкоцитами

12,01

7,12

3,18

Лимфоцитарный индекс-CD4

0,39

0,50

0,24

Лимфоцитарный индекс-IgM

0,18

0,5

0,68

Эрозированность слизистой оболочки

-2,99

1,11

0,75

Количество лимфоидных фолликулов

-5,98

-3,72

-1,24

Макрофагальный индекс

0,79

0,57

0,21

Доля К-митозов

10,9

6,06

-1,68

Диаметр лимфоидных фолликулов

11,09

15,78

7,11

Свободный член

-34,72

-20,1

-14,2

 

Общим результатом стала матрица функций классификации, которая содержит число образцов, корректно классифицированных на диагонали матрицы (табл. 2). Эти функции делают возможным вычисление по формулам классификационные значения (метки) для вновь изучаемых объектов. Каждая функция позволяет для каждого образца и для каждой совокупности вычислить веса классификации по формуле:

Si = wi1*x1 + wi2*x2 + ... + wim*xm + ci

В ней индекс i обозначает соответствующую совокупность (заголовок столбца таблицы, т. е. гистологический диагноз), а индексы 1, 2, ..., m обозначают m переменных (признаки соответственно перечню в строках таблицы); ci являются свободными членами для i-ой совокупности, wim - веса для m-ой переменной при вычислении показателя классификации для i-ой совокупности; xm - наблюдаемое значение для соответствующего образца m-ой переменной. Величина Si является результатом показателя классификации.

Новый объект относится к той группе гистологических диагнозов, для ко­то­рого классификационное значение максимально. Достоверность положе­ния меток проверена вычислением априорных вероятностей классификации (апостериорной вероятности) и квадрата расстояния Махаланобиса.

Выводы:

 Таким образом, были выявлены признаки и их веса, позволяющие сформировать математическую модель лимфоэпителиальных взаимо­отно­шении в слизистой оболочке толстой кишки при ревматоидном артрите, относительно аналогичных показателей при воспалительном заболевании и условно нормальной слизистой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


ЛИТЕРАТУРА

 

1.     Фоломеева О.М., Эрдес Ш.Ф. Инвалидность взрослого населения России, обусловленная ревматическими заболеваниями. Русский медицинский журнал. – 2007 - №26 – С. 1946-1951.

2.     Toivanen P. Normal intestinal microbiota in the aetiopathogenesis of rheumatoid arthritis. Annals of the rheumatic diseases. – 2003 – p. 807-811

3.     Porzio V. Biasi G., Corrado A., De Santi M., Vindigni C., Viti S., Bayeli P.F., Marcolongo R. Intestinal histological and ultrastructural inflammatory changes in spondyloarthropathy and rheumatoid arthritis. Scandinavian journal of rheumatology. – 1997 – p. 92-98

 

The possibility of colon mucosa lymphoepithelial correspondence modeling in rheumatoid

arthritis patients

 

Borbat A. M.

 

Rheumatoid arthritis, chronic colitis and colon tumor (outside neoplasm) patients’ colon biopsies were investigated to evaluate the possibility of colon mucosa lymphoepithelial correspondence modeling in rheumatoid arthritis patients. Standard hematoxylin and eosin slides and CD4 and IgM lymphocyte were performed. Using discriminant analysis the most characteristic and valuable predictors were found to develop rheumatoid arthritis patient colon mucosa model.

Key words: rheumatoid arthritis, colon, modeling.

 

 

Кафедра патологической анатомии

Ярославская государственная медицинская академия

Pathology Dep., Yaroslavl State Medical Academy

Борбат Артём Михайлович, аспирант

 

Поступила в редакцию 10.11.2008.