Evaluation of disorders of adaptive mechanisms in heart failure by microwave dielectrometry

Authors

  • N.V. Khmil Харківський національний університет радіоелектроніки, Ukraine http://orcid.org/0000-0001-7916-5921
  • V.G. Kolesnikov Інститут радіофізики та електроніки ім. О Я. Усикова Національної академії наук України, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7822-4774
  • O.L. Altuhov ДУ “Національний інститут терапії імені Л. Т. Малої Національної академії медичних наук України”, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.30837/rt.2022.2.209.20

Keywords:

microwave dielectrometry, dielectric constant, prenosological diagnosis, erythrocytes, heart failure

Abstract

Differential diagnosis of stress adaptive mechanisms is one of the areas of modern biomedical engineering and the most complex part of the pre-nosological diagnosis of cardiac pathology. One of the manifestations of disadaptation in heart failure is a violation of the mechanisms of realization of the intracellular chain "signal-function". The concept of imbalance in the functioning of the adenylate cyclase system and β-adrenergic receptors of the erythrocytes membrane and cardiomyocytes is considered in the pathogenesis of the heart.

The study of the dielectric constant (ε՜) of erythrocytes of patients with heart failure was performed using an instrument-recording complex based on microwave dielectrometry of the γ-dispersion region of free water dielectric permittivity. Testing of the β-adrenergic complex of the erythrocyte membrane by specific stimulators, blockers, and modulators was implemented at a fixed frequency of microwave radiofrequency generation (f = 37,7 GHz). Interpretation of the obtained experimental data was that the process of interaction of bioregulators with the biological system is accompanied by an increase or decrease in the relative amount of free water, which leads to a change in the real part of ε՜ complex dielectric constant. This allowed us to visualize the violation of the signal cell system at the molecular level, which manifested itself in the change of integral hydration by ε՜ parameter. It was shown that the change in the dielectric constant of the erythrocyte suspension at risk (patients with hereditary predisposition to dilated and ischemic cardiomyopathy) was significant relative to the dielectric parameters of erythrocyte samples from healthy donors; there was a tendency to block β-adrenergic receptors, with the combined action of adrenaline, PGE2 and cordanum, with Δε՜ = 0,009 ± 0,008 х 10-12 F/m. It should be noted the formation of preconditions for changes in the functioning of the adenylate cyclase system and the development of heart failure in the group at risk, is accompanied by dilated and ischemic cardiomyopathy.

The effectiveness of the microwave dielectrometry method for the assessment of violations of adaptation mechanisms through the adenylate cyclase system of the erythrocyte membrane in dilated and ischemic forms of cardiomyopathies is shown. The results of the study are the basis for the introduction of the dielectric constant criterion in the general algorithm of pre-nosological diagnosis of heart failure.

References

Маракушин Д.І., Чернобай Л.В., Ісаєва І.М., Кармазіна І.С., Ващук М.А., Алексеєнко Р.В., Булині-на О.Д., Зеленська Г.М. Функціональні резерви організму як показник ефективності регуляторних процесів, що забезпечують адаптацію організму до дії факторів навколишнього середовища // Український журнал медицини, біології та спорту. 2020. Т. 5, №1(23). С. 21–28.

Maron B.J, Towbin J.A., Thiene G., Antzeevitch C., Corrado D., Arnett D., Moss A.J., Seidman C.E., Young J.B. Contemporary definitionsnand classification of the cardiomyopathies: an American heart association scientific statement from the council on clinical cardiology, heart failure and transplantation committee; quality of care and outcomes research and functional genomics and translational biology interdisciplinary working groups; and council on epidemiology and prevention // Circulation. 2006. Vol. 113, No 14. P. 1807–1816.

Motiejunaite J., Amar L., Vidal-Petiot E. Adrenergic receptors and cardiovascular effects of catecholamines // Annales Endocrinologie (Paris). 2021. Vol. 82, No 3-4. P. 193–197.

Boularan C., Gales C. Cardiac cAMP: production, hydrolysis, modulation and detection // Frontiers in Pharmacology. 2015. Vol. 6.(203). Режим доступу: https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fphar.2015.00203

Martin J.Lohse, Stefan Engelhardt, Thomas Eschenhagen. What is the role of β-adrenergic signaling in heart failure? // Circulation Research. 2003. Vol. 93. P. 896–906.

Хроническая сердечная недостаточность: достижения, проблемы, перспективы / Л.Т. Малая и др. Харьков : Торсинг, 2002. 768 с.

Солошенко Э.Н., Кондакова А.К., Колесников В.Г., Хмель Н.В., Шевченко З.М., Ярмак Т.П., Беляев Г.М. Исследование параметров гидратации и поверхностного натяжения плазмы крови больных ограниченной склеродермией // Дерматология и венерология. 2015. № 1(67). С. 69–74.

Солошенко Е.Н., Кондакова А.К., Хміль Н.В., Колесніков В.Г. Діагностичне значення методу визначення діелектричної проникності крові для виявлення сенсибілізації до пеніциліну G і цефтріаксону // Дерматология и венерология. 2021. № 2 (92). С. 25–30.

Хмель Н.В., Алтухов А.Л., Колесников В.Г., Алтухов А.А. Визуализация трансдукции клеточного сигнала методом микроволновой диэлектрометрии при дилатационной кардиомиопатии // Бионика интеллекта. 2020. №1(94). С. 91–99.

Щеголева Т.Ю., Колесников В.Г., Древаль Н.В., Будянская Э. Н., Зюганова Л. Ф. Анализ ключевых механизмов систем регуляции клеток для разработки экспресс-тестов индивидуальных особенностей организма при популяционных исследованиях // Експериментальна і клінічна медицина. 2004. №1. С. 89–93.

Исследование диэлектрических характеристик биообъектов в миллиметровом диапазоне радиоволн / Т. Ю. Щеголева. Киев : Наук. думка, 1996. 187 с.

Древаль Н.В., Колесніков В.Г., Камєнєв Ю.Ю., Філімонова А.О. Cпосіб визначення впливу на біологічний об’єкт. Патент на корисну модель № 17488, МПК А61N 5/02, дата публікації 15.09.2006. Бюл. №9.

Древаль Н. В. Применение миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн и их комбинации в исследовании биологических объектов : дис. … канд. биол. наук: 03.00.02 / Древаль Наталия Владимировна. Симферополь. 2009. 163 с.

Статистический анализ медицинских данных: применение пакета прикладных программ STATISTIKA / О. Ю. Реброва. Москва : МедиаСфера, 2000. 312 c. Режим доступа: https://www.studmed.ru/view/rebrova-oyu-statisticheskiy-analiz-medicinskih-dannyh_0149fe87d1d.html.

Хміль Н.В. Дослідження електромагнітного сигналу клітин методом мікрохвильової діелектрометрії при ділатаційній кардіоміопатії / Н.В. Хміль, В.Г. Колесніков, О.Л. Алтухов // Матеріали 9-ї Міжнар. наук.-техн. конф. «Інформаційні системи та технології» ІСТ-2020, 17-20 листопада, Харків. С. 115–118.

Published

2022-06-24

How to Cite

Khmil, N. ., Kolesnikov, V. ., & Altuhov, O. . (2022). Evaluation of disorders of adaptive mechanisms in heart failure by microwave dielectrometry. Radiotekhnika, 2(209), 200–205. https://doi.org/10.30837/rt.2022.2.209.20

Issue

Section

Articles