Поражението на невроните от херпесния вирус

дипломна работа на студент от катедрата по биофизика

Физически факултет, Беларуски държавен университет Khainova O.V.

на тема: „Морфологични изследвания на зависимостта на структурата на мозъка (поле IV) от степента на увреждане от вируса на херпес симплекс (HSV) и изграждането на математически модел на заболяването въз основа на получените данни“

Старши научен сътрудник, Лаборатория по информация и компютърни науки

технологии на Централната научноизследователска лаборатория на Московския държавен медицински институт Недзвед А.М.

Сред 500-те разновидности на вируси, известни на науката, които са патогенни за хората, вирусът на херпес симплекс (HSV) е един от най-често срещаните. През последните години херпесната инфекция, причинена от HSV, привлече все по-голямо внимание както от медицинската, така и от немедицинската общност. Това се дължи на факта, че херпесът, известен от древни времена като рядко и незначително заболяване, характеризиращо се с обрив по устните и крилата на носа на болезнени везикули, наскоро значително разшири значението си в човешката патология. Повишеният интерес към херпетичната инфекция се дължи и на редица други причини и преди всичко на факта, че тя вече е разпространена в различни части на света, засягайки до 95% от населението, а вирусът, който я причинява, може да засегне почти всички органи и системи на човешкото тяло и да причини различни форми на инфекция – остра, латентна и хронично рецидивираща. Клинично херпесът протича като разнообразно, сложно и често тежко заболяване с увреждане на много органи и тъкани, което ни позволява да го разглеждаме като общо системно заболяване на организма. През последните години започнаха да се натрупват данни за възможното участие на HSV в развитието на някои онкологични и сърдечно-съдови заболявания при хората.

Един отобещаващи области е изследването на геометричните характеристики на клетките, засегнати от HSV. Използването на традиционни методи за прожектиране не дава висококачествени резултати, така че компютърната обработка на изображения е по-точна и ефективна.

Днес компютрите се използват широко в медицината и научните изследвания, които са се превърнали в незаменим атрибут на голямо разнообразие от технически комплекси. Това важи и за модерни системи за контрол и събиране на данни, контролно-измервателно и лабораторно оборудване, т.е. всякакви комплекси, чиято основна задача е да обработват и интерпретират информация, идваща от "външния свят". Повечето от тези устройства работят с изображения, получени по един или друг начин, така че проблемът с обработката и анализа на изображения става актуален. Методите за обработка на изображения сега играят значителна роля, особено в разработването на системи за изкуствен интелект и техническо зрение.

Процесът на обработка на изображението се състои от три основни стъпки: заснемане на изображение, обработка и анализ на изображението. Входното изображение включва подобряване на формата на вълната за намаляване на шума, аналогово-цифрово преобразуване на сигнала и съхранение на изображението. След етапа на въвеждане започва етапът на обработка на изображението. Анализът на изображението е идентифициране на обекти и получаване на техните количествени и качествени характеристики.

Работата се основава на изследване на увреждане на ЦНС от вируса на херпес симплекс с помощта на компютърен анализ на изображения. Целта на работата е да се изследват геометричните характеристики на засегнатите клетки, да се измери зависимостта на тези характеристики от продължителността на заболяването. Освен това въз основа на получените резултати задачата беше да се получи система от уравнения, описващи модела на потоказаболявания.

В първата глава на дипломната работа е дадено кратко описание на свойствата на вируса, описана е неговата роля в човешката патология. Разглеждат се особеностите на херпес симплекс вирусната инфекция на нервната система.

Втората глава описва основните методи за изследване на нервните тъкани, разглежда методологията за изследване на клетките, засегнати от HSV. Дадени са основните принципи и методи за математическа обработка на изображения, дадено е описание на системата за въвеждане на изображения "Bioscan-AT".

Третата глава описва експерименталната техника, представя резултатите и ги анализира. Въз основа на получените резултати е изградена система от уравнения, която описва модела на протичане на заболяването.

ГЛАВА 1. Херпесът и неговата роля в човешката патология.

Сред вирусните заболявания херпесът заема едно от водещите места. Това се дължи на повсеместното разпространение на вируса на херпес симплекс, разнообразието от клинични прояви на заболяването и, като правило, хроничния му ход, както и различни начини за предаване на инфекциозния агент. Херпесът може да бъде придружен от лезии на централната нервна система (енцефалит, миелит, енцефаломиелит), очите (кератит, кератоконюнктивит, увеит), черния дроб (хепатит при новородени и възрастни), лигавиците (стоматит, афти, генитални лезии) и кожата (екзема, везикулозни обриви). Според Световната здравна организация (СЗО) заболяванията, причинени от HSV, са на второ място (15,8%) след грипа (35,8%) като причина за смърт от вирусни инфекции.Трябва да се отбележи етиологичната и патогенетична роля на HSV (особено HSV тип 2 - HSV2) при рак на маточната шийка, което предопределя онкологичния аспект на проблема.

На територията на бившия СССР, по данни, събрани от вирусолози и специалисти по кожата, очите истоматологични заболявания, броят на пациентите, хоспитализирани само в болниците, надхвърля 2,5 милиона годишно. Значително повече пациенти се лекуват в амбулаториите и поликлиниките.

Херпесът (от гръцки herpes - треска) е най-честата вирусна инфекция при човека, която съществува дълго време в организма, предимно в латентна форма. Установено е, че освен вируса, който заразява хората, е възможно да се изолират от органи и материали от болни животни вируси, подобни по морфология и физико-химични свойства, които заразяват само животни.

За първи път HSV е открит в течност от елементи на херпесни лезии през 1912 г., а условията за преминаването му върху чувствителни видове лабораторни животни и клетъчни култури са разработени по-късно. Това даде възможност да се получат достатъчно големи количества от вируса за изследване на структурата и свойствата на HSV, както и да се разработят методи за индикиране на патогена, за да се установят епидемиологичните характеристики на тази инфекция.

1.1. Кратко описание на свойствата на вируса.

HSV вирионът има форма, близка до сферичната, и се характеризира с изразен плеоморфизъм и значителни колебания в размера (170-210 нанометра). Съдържа линейна непрекъсната двойноверижна ДНК (6,5%), протеин (70%), фосфолипиди (20%), въглехидрати (1,6%) и има маса приблизително 10 -15 грама. Структурата на генома на HSV е необичайна за ДНК-съдържащите вируси. ДНК съдържа 2 вида повторения (терминални и вътрешни), които я разделят на два уникални ковалентно свързани сегмента (къси и дълги). Вирусният геном и свързаните с него протеини (нуклеоид) са затворени в икосаедрична протеинова капсула (капсид), състояща се от 162 капсомера, която от своя страна има външна липопротеинова обвивка, получена от модифицирана мембранаядро на клетка гостоприемник. В липопротеиновата мембрана са вградени 5-6 вирусни гликопротеина, които отсъстват в ядрените и цитоплазмените мембрани на неинфектираните клетки. Гликопротеините осигуряват прикрепване към клетката, проникване в нея. Те променят антигенния състав на повърхността на инфектираната клетка, което е важно в патогенезата на инфекцията и за индуцирането на имунния отговор (фиг. 1).

Физикохимичните характеристики на HSV са проучени доста добре. Вирусът е чувствителен към изсушаване и излагане на топлина: той се инактивира при 50-52 0 C за 30 минути и при 37 ° C за 10 часа. Въпреки това има доказателства, че редица щамове на вируси от първия и втория тип не са напълно инактивирани дори при 56 0 C за 1 час и при 70 ° C за 30 минути. При изследване на различни фактори, влияещи върху термичната стабилност на вируса, беше показано, че когато Na2SO4, Na2HPO4 се добавят към средата, термичната стабилност се увеличава, а когато се добавят MgCl2, MgSO4, NaCI, KH2PO4 и KCl, тя рязко намалява. Вирусът, ресуспендиран във водна среда, съдържаща аминокиселини или протеин, е по-стабилен. Най-висока термична стабилност на вируса се наблюдава при pH 6,5-6,9.

От друга страна, HSV е устойчив на ниски температури и запазва биологична активност за 1-2 години при -24 0 C. Вирусът е стабилен при 4 ° C в 5% разтвор на глицерин. Използването на обезмаслено мляко ви позволява да запазите инфекциозния титър на вируса, без да го променяте в продължение на 5 месеца. при -70°C. Поради факта, че вирионите на HSV се състоят от повече от 20% липиди (всички липиди са локализирани в черупката), те лесно се унищожават от действието на етер, алкохол и други органични разтворители (ацетон, хлороформ и др.), Детергенти, протеолитични ензими (например трипсин). Вирусът е много устойчив на ултразвук, както и на многократно излагане.замразяване и размразяване. Наличието на двувалентни катиони и рН по-малко от 6,8 увеличава инактивирането на HSV щамовете при излагане на топлина.