Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Зюрюкина О. А., Синичкин Ю. П. Особенности динамики оптических и физиологических свойств мышечной ткани in vitro в процессе ее компрессии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21, вып. 2. С. 178-187. DOI: 10.18500/1817-3020-2021-21-2-178-187, EDN: GQFRNH

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.05.2021
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 402)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Биофизика и медицинская физика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
535.2:535.8
DOI: 
10.18500/1817-3020-2021-21-2-178-187
EDN: 
GQFRNH

Особенности динамики оптических и физиологических свойств мышечной ткани in vitro в процессе ее компрессии

Авторы: 
Зюрюкина Ольга Анатольевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Синичкин Юрий Петрович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

В работе представлены результаты мониторинга изменения физиологических свойств образцов in vitro мышечной ткани коровы при наложении компрессии. Изменение физиологических параметров образцов оценивалось по спектральным изменениям в их диффузном отражении. Отмечено, что временное изменение спектров диффузного отражения образцов мышечной ткани при наложении компрессии в спектральной области 500–650 нм определяется двумя причинами: при наложени и компрессии в мышечной ткани остается пигмент миоглобин, при этом миоглобин переходит в де-оксигенированную форму.

Ключевые слова: 
мышечная ткань
компрессия
дегидратация
диффузное отражение
in vitro
оксигемоглобин
де-оксигемоглобин
оксимиоглобин
де-оксимиоглобин
мет-миоглобин
Благодарности: 
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта No 19-32-90177 (разработка компрессионного метода управления оптическими и физиологическими свойствами биотканей).
Список источников: 
  1. Rylander C. G., Stumpp O. F., Milner T. E., Kemp N. J., Mendenhall J. M., Diller K. R., Welch A. J. Dehydration mechanism of optical clearing in tissue // Journal of Biomedical Optics. 2006. Vol. 11, No 4. P. 041117. DOI: 10.1117/1.2343208
  2. Vogt W. C., Shen H., Wang G., Rylander C. G. Parametric study of tissue optical clearing by localized mechanical compression using combined fi nite element and Monte Carlo simulation // Journal of Innovative Optical Health Sciences. 2010. Vol. 3, No 3. P. 203–211. DOI: 10.1142/S1793545810000999X
  3. Izquierdo Roman A., Vogt W. C ., Hyacinth L., Rylander C. G. Mechanical tissue optical clearing technique increases imaging resolution and contrast through ex vivo porcine skin // Lasers in Surgery and Medicine. 2011. Vol. 43. P. 814–823. DOI: 10.1002/lsm.21158
  4. Gurjarpadhye A., Vogt W. C., Liu Y., Rylander C. G. Effect of localized mechanical indentation on skin water content evaluated using OCT // International Journal of Biomedical Imaging. 2011. Vol. 2011. P. 817250. DOI: 10.1155/2011/817250
  5. Cugmas B., Bürmena M., Bregar V., Pernuša F., Likar B. Pressure-induced near infrared spectra response as a valuable source of information for soft tissue classifi cation // Journal of Biomedical Optics. 2013. Vol. 18, No 4. P. 047002. DOI: 10.1117/1.JBO.18.4.047002
  6. Li C., Jiang J., Xu K. The variations of water in human tissue under certain compression : Studied with diffuse refl ectance spectroscopy // Journal of Innovative Optical Health Sciences. 2013. Vol. 6, No 1. P. 1350005. DOI: 10.1142/S1793545813500053
  7. Нахаева И. А., Мохаммед М. Р., Зюрюкина О. А., Синичкин Ю. П. Влияние внешней механической компрессии на оптические свойства кожной ткани in vivo // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 117, No 3. С. 522–528. DOI: 10.7868/S0030403414090177
  8. Нахаева И. А., Зюрюкина О. А., Мохаммед М. Р., Синичкин Ю. П.Влияние внешней механической компрессии на содержание воды в кожной ткани человека in vivo // Оптика и спектроскопия. 2015. Т. 118, No 5. С. 152–159. DOI: 10.7868/S0030403415050128
  9. Xu X., Wang R. K. The role of water desorption on optical clearing of biotissue: Studied with near infrared refl ectance spectroscopy // Medical Physics. 2003. Vol. 30, No 6. P. 1246–1253. DOI: 10.1118/1.1576228
  10. Xu X ., Wang R. K. Synergistic effect of hyperosmotic agents of dimet hyl sulfoxide and glycerol on optical clearing of gastric tissue studied with near infrared spectroscopy // Physics in Medicine and Biology. 2004. Vol. 49. P. 457–468. DOI: 10.1088/0031-9155/49/3/008
  11. Chan E. K., Sorg B., Protsenko D. O’Neil M., Motamedi M., Welch A. J. Effects of compression on soft tissue optical properties // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 1996. Vol. 2, No 4. P. 943–950. DOI: 10.1109/2944.577320
  12. Shangguan H., Prahl S. A., Jacques S. L., Casperson L. W. Gregory K. W. Pressure effects on soft tissues monitored bychanges in tissue optical properties // Proceedings of SPIE. 1998. Vol. 3254. P. 366–371.
  13. Vogt W. C., Izquierdo Roman A., Nichols B., Lim L., Tunnell J. W., Rylander C. G. Effects of mechanical indentation on diffuse refl ectance spec tra, light transmission, and intrinsic optical properties in ex vivo porcine skin // Lasers in Surgery and Medicine. 2012. Vol. 44. P. 303–309. DOI: 10.1002/lsm.22018
  14. Синичкин Ю. П., Утц С. Р., Пилипенко Е. А. Спектроскопия кожи человека in vivo: 1. Спектры отражения // Оптика и спектроскопия. 1996. T. 80, No 2. C. 260–267.
  15. Chen W., Liu R., Xu K., Wang R. K Infl uence of contact state on NIR diffuse refl ectance spectroscopy in vivo // Journal of Physics D: Applied Physics. 2005. Vol. 38. P. 2691–2695. DOI: 10.1088/0022-3727/38/15/022
  16. Reif R., Amorosino M. S., Calabro K. W., A’Amar O., Singh K. S., Bigio I. J. Analysis of change in refl ectance measurements on biological tissues subjected to different probe pressures // Journal of Biomedical Optics. 2008. Vol. 13, No 1. P. 010502. DOI: 10.1117/1.2870115
  17. Ti Y., Lin W. C. Effects of probe contact pressure on in vivo optical spectroscopy // Optical Express. 2008. Vol. 16, No 6. P. 4250–4262. DOI: 10.1142/S1793545813500053
  18. Rylander C. G., Milner T. E., Baranov S. A., Nelson J. S. Mechanical tissue optical clearing devices: Enhancement of light penetration in ex vivo porcine skin and adipose tissue // Lasers in Surgery and Medicine. 2008. Vol. 40, No 10. P. 688–694. DOI: 10.1002/lsm.20718
  19. Delgado Atencio J. A., Orozco Guillen E. E., Vazquezy Montiel S., Cunill Rodríguez M., Castro Ramos J., Gutiérrez J. L., Martínez F. Infl uence of probe pressure on human skin diffuse reflectance spectrosc opy measurements // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2009. Vol. 18, No 1. P. 6–14. DOI: 10.3103/S1060992X09010020
  20. Lim L. A., Nichols B., Rajaram N., Tunnell J. W. Probe pressure effects on human skin diffuse refl ectance and fl uor escence spectroscopy measurements // Journal of Biomedical Optics. 2011. Vol. 16, No 1. P. 011012. DOI: 10.1117/1.3525288
  21. Зюрюкина О. А., Синичкин Ю. П. Динамика оптических и физиологических свойств кожи человека in vivo в процессе ее компрессии // Оптика и спектроскопия. 2019. Т. 127, No 3. С. 498–506. DOI: 10.1134/S0030400X19090297
  22. Зюрюкина О.А., Синичкин Ю.П. Дегидратация биотканей в процессе их компрессии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 92–102. DOI: 10.18500/1817-3020-2020-20-2-92-102
  23. Carp S. A., Kauffman T., Fang Q., Rafferty E., Moore R., Kopans D., Boas D. Compression-induced changes in the physiological state of the breast as observed through frequency domain photon migration measurements // Journal of Biomedical Optics. 2006. Vol. 11, No 6. P. 064016. DOI: 10.1 117/1.2397572
  24. Ruderman S., Gomes A. J., Stoyneva V., Rogers J. D., Fought A. J., Jovanovic B. D., Backman V. Analysis of pressure, angle and temporal effects on tissue optical properties from polarization-gated spectroscopic probe measurements // Biomedical Optics Express. 2010. Vol. 1, No 2. P. 489–499. DOI: 10.1364/BOE.1.000489
  25. Thien Nguyen, Kien Nguyen Phan, Jee-Bum Lee, Jae Gwan Kim. Met-myoglobin formation, accumulation, degradation and myoglobin oxygenation monitoring based on multiwavelength attenuance measurement in porcine meat // Journal of Biomedical Optics. 2016. Vol. 21, No 5. P. 057002. DOI: 10.1117/1.JBO.21.5.057002
  26. Millar S. J., Moss B. W., Stevenson M. H. Some observations on the absorption spectra of various myoglobin derivatives found in meat // Meat Science. 1996. Vol. 42, No 3. P. 277–288. DOI: 10.1016/0309-1740(94)00045-x
  27. Livingston D. J., Brown W. D. The chemistry of myoglobin and its reactions [meat pigments, food quality indices] // Food Technology. 1981. Vol. 35, No 5. P. 238–252.
  28. Bowen W. J. The absorption spectra and extinction coeffi cients of myoglobin // Journal of Biological Chemistry. 1949. Vol. 179, No 1. P. 235–245.
  29. Krzywicki K. Assessment o f relative content of myoglobin, oxymyoglobin and metmyoglobin at the surface of beef // Meat Science. 1979. Vol. 3, No 1. P. 1–10. DOI: 10.1016/0309-1740(79)90019-6
  30. Nighswander-Rempel S. P., Kupriyanov V. V., Shaw R. A. Relative contributions of hemoglobin and myoglobin to near-infrared spectroscopic images of cardiac tissue // Applied Sp ectroscopy. 2005. Vol. 59, No 2. P. 190–193. DOI: 10.1366/0003702053085106
  31. Kano Y., Sakuma K. Effect of aging on the relationship between capillary supply and muscle fi ber size // Advances in Aging Research. 2013. Vol. 2, No 1. P. 37–42. DOI: 10.4236 /aar.2013.21005
Поступила в редакцию: 
24.02.2021
Принята к публикации: 
25.03.2021
Опубликована: 
31.05.2021
  • 1022 просмотра