CC BY
100
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ____________________________________2007, том 50, №5________________________________
ОПТИКА
535.34:616.517
Т.Шукуров, Х.Ш.Абдулов, И.Ш.Баротов , М.А.Каххоров ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕКОТОРЫХ БИООРГАНИЧЕСКИХ МАКРОМОЛЕКУЛ И БИОЖИДКОСТЕЙ МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ
(Представлено академиком АН Республики Таджикистана Р.М.Маруповым 09.07.2007 г.)
Более глубокое познание проблемы физиологических, биохимических, генетических и иммунологических процессов жизнедеятельности, а также разработка высокоэффективных методов ранней диагностики различных форм заболеваний возможны при изучении физикохимической структуры биосубстратов и биоорганических макромолекул на молекулярном уровне. Физико-химические свойства биоорганических макромолекул, входящих в состав биосубстратов, в особенности их биологическая активность, определяются в первую очередь строением макромолекулы. Биосубстраты (биожидкость и биоткань), в частности кровь, желчь, желудочный сок (ЖС), кожа, белки и др., являются очень сложными соединениями, и интерпретация их колебательных спектров требует многостороннего исследования.
Одним из подходов к интерпретации спектров сложных многоатомных молекул является подбор модельных соединений, исследование которых позволяет объяснить экспериментально полученные спектры биосубстратов [ 1].
ЖС является одним из носителей информации о состоянии желудочно-кишечного тракта. В литературе практически отсутствуют работы по исследованию молекулярнодинамических свойств ЖС методами молекулярной спектроскопии. Имеются единичные работы по исследованию спектральных характеристик ЖС в норме и при некоторых патологиях методом инфракрасной (ИК) спектроскопии [2,3].
Исходя из этого, с целью получения корреляционных зависимостей между строением биоорганических макромолекул и колебательными спектрами поглощения ЖС нами были исследованы спектральные характеристики некоторых химически чистых макромолекул, в частности мочевины СO(NH2)2 и гидроокиси аммония (NH4OH), которые при пилородуоде-нальном стенозе расщепляются и становятся компонентами ЖС.
Объектами исследования был ЖС здоровых людей (доноров), спектры которого сопоставлялись со спектрами мочевины и гидроокиси аммония. ЖС брали натощак методом зондирования. Запись ИК-спектров осуществлялась методом получения тонких пленок на поверхности оптической пластинки, используя методику, описанную в [4]. Регистрация ИК-спектров осуществлялась на двухлучевом спектрофотометре «SPECORD-75 ГО.»
В настоящей работе были проведен корреляционный анализ результатов фракционного исследования ЖС с морфологическим состоянием слизистой оболочки желудка, и определена хеликобактерная обсемененность. Также определялось наличие и степень хеликобак-терной обсемененности желудка при язвенном пилородуоденальном стенозе (ПДС). Исследование методом ИК-спектроскопии было основано на том, что хеликобактер пилори в процессе своей жизнедеятельности расщепляет мочевину с образованием гидроокиси аммония. Следовательно, наличие и количество этих соединений способно дать информацию о присутствии хеликобактера.
Поэтому были исследованы ИК-спектры ЖС при различных стадиях пилородуоде-нального стеноза, а для интерпретации изучались спектральные характеристики молекул мочевины и гидроокиси аммония. Для интерпретации экспериментально наблюдаемых ИК-полос поглощения и их отнесения к определенным типам колебаний произведен теоретический расчет молекулы мочевины.
В качестве модели для расчета колебательного спектра взяли молекулу мочевины (рис. 1). Геометрические параметры для расчета молекулы мочевины взяты из работы [5] и приведены в табл.1.
Рис.1. Геометрическая модель молекулы мочевины
Таблица 1
Геометрические параметры молекулы мочевины
Длина связи нм Валентные углы Градус
С - N 1,360 N-0-0 121
С = О 1,278 N-0^ 118
N - Н* 1,0 С^- и* 109
н^- н* 142
Примечание: значения длин связей и валентных углов, отмеченных *, составлены на основе переноса из молекулы аммиака [6].
Силовые постоянные были составлены на основе принципа переносимости силовых постоянных для родственных молекул из силовых молекул метиламина, диметиламина и формамида [7], а затем скорректированы таким образом, чтобы рассчитанные частоты нормальных колебаний мочевины соответствовали экспериментальным частотам.
При теоретическом расчете частот нормальных колебаний молекулы мочевины и их отнесение по формам колебаний использовалась методика, описанная в работе [8]. Было также проведено отнесение частот нормальных колебаний по распределению потенциальной энергии по программе на Фортране, составленной одним из авторов настоящей работы Х.Ш. Абдуловым, на основе алгоритма, изложенного в [9].
Рис. 2. ИК-спектры: 1 - гидроокиси аммония; 2 - ЖС донора и 3 - мочевины.
На рис. 2 (кривые1-3) приведены ИК-спектры ЖС донора, мочевины и гидроокиси аммония. Анализ ИК-спектров показывает, что во всем спектральном диапазоне частот 400 -4000 см-1 для ЖС донора характерны четыре четкие полосы поглощения различной формы и две ПОЛОСЫ СО слабой интенсивностью. Положения Умак. полос поглощения и их отнесение к определенным типам колебаний приведены в табл. 2.
Как видно из рис. 2, в области частот 2600- 4000 см-1 наблюдается интенсивная и широкая бесструктурная полоса с умак. при 3200 см'1 (валентное N11- колебание). В диапазоне частот 400 -2400 см-1 наблюдаются две полосы со средней интенсивностью при 650 и 1600 см-1, полосу 1600 см-1 обычно в биосубстратах приписывают к колебаниям «АМИД -1».
Таблица 2
Положения уМак. полос ПК поглощения ЖС, мочевины и гидроокиси аммония
ЖС адон СО(КН2>2 Отнесение
донора Экспер. Теоретич. по типам колебаний по РПЭ
3400 3415 3525 3523 чкн чкн
3344 3341 чкн чкн
3200 3200 Рж Чж
2100 2060 2060 2054 2050 аКН2 аКн2
1600 1606 1640 1635 ^=О, Ркок Qc=о
1400 1409 Ржо, Оы-0 Оы-0
1022 1013 ^-0, Рож ^=О
965 824 Рож Рож
650 690 648 783 Рож Рож
580 520 445 Рож Роын РкОО
443 Рож Рскн Рк0№ Ржо
Примечание: РПЭ-распределение по потенциальной энергии; д-валентные колебания N-H; Q - ва-
лентные колебания, N-0 и С=0; а - деформационные колебания углов С-С-Н; (3 - деформационные колебания углов С-К-И; N-0^ и О=С -К.
Наблюдаемые значимые отличия от спектра донора свидетельствуют о специфических изменениях в слизистой оболочке желудка по мере прогрессирования язвенного ПДС. Клинические и объективные признаки заболевания свидетельствуют об угнетении секреторной функции желудка и постепенной атрофии его слизистой оболочки, которые на ИК-спектрах отражаются сначала уширением полосы поглощения с умак 3200 см"1, затем разделением в области максимума на дуплет или триплет, положения умак. которых приведены в табл. 3. Эти данные ИК-спектров могут быть с успехом применены для оценки морфофункциональных изменений желудка при язвенном ПДС.
Таблица 3
Положение Умак. ИК-полос поглощения ЖС при различных стадиях пилородуоденального
стеноза, мочевины и гидроокиси аммония
Компенсиро- ванный Гидрокись аммония Декомпенсиро- ванный Мочевина Субкомпенси- рованный
3500 3400 3530 3400
3235 3200 3320 3300 —
3070
2360 2300 2300
2120 2060 2145 2070 2072
1610 1606 1650 1620 1600
1405 1400 1400 1360
1200 1022 1100
750 890 710 820
690 685 608
500 580 480
Таким образом, полученные ИК-спектры биожидкостей показывают, что динамика прогрессирования пилородуоденального стеноза сопровождается характерными изменениями, отражающимися на свойствах ЖС. Наблюдаемые изменения в ИК-спектрах ЖС при ПДС и их сравнительный анализ со спектрами мочевины и гидрооксии аммония позволяют клиницисту оценить состояние секреторной функции желудка и структурных изменений, происходящих в его слизистой оболочке.
Физико-технический институт Поступило 09.07.2007 г.
им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан,
Худжандское отделение Таджикского института последипломной подготовки медицинских кадров
ЛИТЕРАТУРА
1. Шукуров Т., Одинаев Р. С.- ДАН РТ, 2002, т. ХЬУ, № 9, с. 53-60.
2. Каххоров А. Н., Шукуров Т. - Здравоохранение Таджикистана, 2003, №3, с. 24-28.
3. Шукуров Т., Баротов И.Ш., Каххоров М.А. - Роль современной медицинской технологии в улучшении качества жизни пациента». Мат. республиканской научно-практ. конф. с межд. участием. Турсунзаде, 2007, с. 123-124.
4. Шукуров Т., Каххаров А. Н., Зоиров П. Т. - Здравоохранение Таджикистана, 2003, №2, с. 19-28.
5. Китайгородский А. П., Зоркий П. М., Бельский В. К. Строение органического вещества. Данные структурных исследований 1929 - 1970. М.: Наука, 1980, 441 с.
6. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. М.: Мир, 1974, с.19.
7. Грибов Л. А. Введение в молекулярную спектроскопию. М.: Наука, 1976, 372 с.
8. Грибов Л. А., Дементьев В. А. Методы и алгоритмы вычислений в теории колебательных спектров. М.: Наука, 1981, 63 с.
9. Пейтер П., М. Коулмен, Кёниг Дж. Теория колебательной спектроскопии. Приложение к полимерным материалам. М.: Мир, 1986, 145 с.
Т.Шукуров, Х.Ш.Абдулов, И.Ш.Баротов, М.А.Кахдоров ТАДЦИЦИ ХУСУСИЯТ^ОИ СПЕКТРИИ БАЪЗЕ МАКРОМОЛЕКУЛАМИ БИООРГАНИКЙ ВА БИОМОЕЪ^О БО УСУЛИ СПЕКТРОСКОПИЯИ ИНФРАСУРХ
Дар маколаи мазкур бо максади интерпритасияи спектрх,ои инфрасурхи шираи меъда, дар х,олати судабанди бавоби меъдаю рудаи дувоздахд тадкикоти баъзе макромолекулами биоорганикй гузаронида шуд. Натичах,ои тадкикоти спектрх,ои инфрасурхи нишон доданд, ки вобаста аз марх,алах,ои беморй, аз як намуд ба дигар намуд гузориши молекулах,ои биоорганикй дар шираи меъда мушохдда мешавад.
T.Shukurov, Ch.Sh.Abdulov, I.Sh.Baratov, M.A.Cachcharov RESEARCH OF SPECTRAL CHARACTERISTICS OF SOME BIOORGANIC MACROMOLECULES AND BIOLIQUIDS METHOD IR OF SPECTROSCOPY
In the present work with the purpose understanding IR spectra gastric juice at piloroduoden-al a stenosis some are investigated modeling bioorganic macromolecules. It is shown, that depending on a stage of disease, there is a splitting bioorganic macromolecules and transition from one to other type of a macromolecule.
