Исследование нарушений микроциркуляции крови и окислительного метаболизма в коже пациентов, перенесших COVID-19

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-25-00522

НазваниеИсследование нарушений микроциркуляции крови и окислительного метаболизма в коже пациентов, перенесших COVID-19

Руководитель Жарких Елена Валерьевна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" , Орловская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-602 - Физические методы медицинской диагностики. Томография

Ключевые слова носимая электроника, микроциркуляция крови, окислительный метаболизм, лазерная допплеровская флоуметрия, флуоресцентная спектроскопия, COVID-19, персонализированная медицина

Код ГРНТИ76.13.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на получение новых знаний о причинах и механизмах развития долгосрочных осложнений перенесенной острой коронавирусной инфекции COVID-19 и о роли нарушений микроциркуляции крови и окислительного метаболизма в развитии этих осложнений для последующей разработки эффективных подходов к проведению реабилитационных мероприятий. Результатом выполнения проекта станет разработка нового метода диагностики нарушений в функционировании системы микроциркуляции крови и в окислительном метаболизме биологических тканей, основанного на применении новой распределенной системы анализаторов, использующих методы лазерной допплеровской флоуметрии и флуоресцентной спектроскопии. Разработанный в рамках данного проекта метод диагностики может использоваться для оценки риска развития микроциркуляторных и метаболических осложнений у пациентов, входящих в группы риска, а также может применяться для мониторинга эффективности проводимых терапевтических мероприятий с целью минимизации риска неблагоприятных исходов. Осуществление данного проекта поможет получить новые знания о природе и механизмах развития долгосрочных осложнений COVID-19 и лучших практиках их терапии. Данная информация может быть полезна не только для борьбы с COVID-19 и его последствиями, но и при возможных будущих эпидемиях респираторных инфекций.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Жарких Е.В., Локтионова Ю.И., Федорович А.А., Горшков А.Ю., Дунаев А.В. Changes in blood flow oscillations associated with COVID-19 as measured by wearable laser Doppler flowmetry Proc. SPIE, Proc. SPIE 12627, 126272 (год публикации - 2023)
10.1117/12.2670673

2. Жарких Е.В., Дрёмин В.В., Дунаев А.В. Sampling volume assessment for wearable multimodal optical diagnostic device Journal of Biophotonics, 16(9), e202300139 (год публикации - 2023)
10.1002/jbio.202300139

3. Локтионова Ю.И., Фролов А.В., Жарких Е.В., Сидоров В.В., Танканаг А.В., Дунаев А.В. Investigation of relationship between parameters of blood microcirculation and gas analysis during hypo- and hyperventilation breathing yoga exercises Proc. SPIE, Proc. SPIE 12627, 1262730 (год публикации - 2023)
10.1117/12.2670553

4. Жарких Е.В. Моделирование диагностического объема для портативного устройства лазерной допплеровской флоуметрии Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 1(357), 140-147 (2023) (год публикации - 2023)
10.33979/2073-7408-2023-357-1-140-147

5. Жарких Е.В., Локтионова Ю.И., Федорович А.А., Горшков А.Ю., Дунаев А.В. Assessment of Blood Microcirculation Changes after COVID-19 Using Wearable Laser Doppler Flowmetry Diagnostics, Diagnostics 13(5), (2023) (год публикации - 2023)
10.3390/diagnostics13050920

6. Дрёмин В., Соколовский С., Рафаилов Э., Жарких Е., Потапова Е., Дунаев А., Жеребцов Е. In Vivo Fluorescence Measurements of Biological Tissue Viability Advanced Photonics Methods for Biomedical Applications, CRC Press, Boca Raton, Advanced Photonics Methods for Biomedical Applications, Chapter 1, pp. 1-37 (год публикации - 2023)
10.1201/9781003228950-1

7. Жарких Е.В., Дунаев А.В. Портативные устройства лазерной доплеровской флоуметрии в диагностике расстройств периферического кровотока у пациентов с сахарным диабетом 2 типа Медицинская физика, Медицинская физика, 2, 51-52 (2023) (год публикации - 2023)

8. Жарких Е.В., Дунаев А.В. Портативные устройства лазерной допплеровской флоуметрии для диагностики расстройств периферического кровотока при различных патологических состояниях Микроциркуляция и гемореология: ХIV международная конференция по микроциркуляции и гемореологии: материалы международной научной конференции. – Ярославль: РИО ЯГПУ., Микроциркуляция и гемореология: ХIV международная конференция по микроциркуляции и гемореологии: материалы международной научной конференции. – Ярославль: РИО ЯГПУ. – С. 31 (2023). (год публикации - 2023)

9. Фролов А., Локтионова Ю., Жарких Е., Сидоров В., Танканаг А., Дунаев А. Effects of voluntary changes in minute ventilation on microvascular skin blood flow Journal of Science in Sport and Exercise (год публикации - 2023)

10. Паршакова В.Е., Локтионова Ю.И., Жарких Е.В. Оценка индивидуальной вариабельности параметров микроциркуляции крови и окислительного метаболизма биологических тканей, измеренных с помощью носимых мультимодальных устройств Сборник 81-й Международной научно-практической конференции молодых учёных и студентов «Актуальные проблемы экспериментальной и клинической медицины», стр. 44 (год публикации - 2023)

11. Паршакова В.Е., Локтионова Ю.И., Жарких Е.В., Дунаев А.В. Оценка групповой вариабельности регистрируемых данных носимых устройств лазерной допплеровской флоуметрии и флуоресцентной спектроскопии Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, https://kmu.itmo.ru/digests/article/11610 (год публикации - 2023)

12. Паршакова В.Е., Локтионова Ю.И., Жарких Е.В., Дунаев А.В. Assessment of the group variability of the parameters of the microcirculatory-tissue system by using multimodal wearable device Proceedings of Saratov Fall Meeting 2023, https://sfmconference.org/sfm/sfm23/conferences_workshops/optical-technologies-in-biophysics-medicine-xxv/preliminary/2399/ (год публикации - 2023)

13. Жарких Е.В., Дунаев А.В. Diagnostics of peripheral blood flow disorders in various pathologic conditions using wearable laser Doppler flowmetry devices 17th International Conference on Laser Applications in Life Sciences "LALS 2023", Muğla, Turkey, 15-17 October 2023, 17th International Conference on Laser Applications in Life Sciences "LALS 2023", Muğla, Turkey, 15-17 October 2023. - P. 57. (год публикации - 2023)

14. Паршакова В.Е., Локтионова Ю.И., Жарких Е.В., Дунаев А.В. Оценка физиологической вариабельности параметров микроциркуляторно-тканевых систем организма человека с помощью мультимодальных портативных устройств Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине: сборник трудов Всероссийской конференции, г. Орёл: ОГУ имени И.С. Тургенева., С. 48. (год публикации - 2023)

15. Янушин В.С., Жарких Е.В., Дунаев А.В. Исследование взаимосвязи параметров флуоресценции биоткани и микроциркуляции крови с помощью портативного мультимодального анализатора Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине: сборник трудов Всероссийской конференции, г. Орёл: ОГУ имени И.С. Тургенева., С. 56. (год публикации - 2023)

16. Жеребцов Е.А., Жарких Е.В., Локтионова Ю.И., Жеребцова А.И., Сидоров В.В., Рафаилов Э.У., Дунаев А.В. Wireless dynamic light scattering sensors detect microvascular changes associated with ageing and diabetes IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 70(11), 3073-3081 (год публикации - 2023)
10.1109/TBME.2023.3275654

17. Жарких Е.В., Локтионова Ю.И., Паршакова В.Е., Федорович А.А., Дунаев А.В. Исследование влияния тяжести постковидного синдрома на изменение параметров системы микроциркуляции крови с помощью портативных анализаторов Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине: сборник трудов Всероссийской конференции, г. Орёл: ОГУ имени И.С. Тургенева., С. 40. (год публикации - 2023)

18. В.С. Янушин, Ю.И. Локтионова, Е.В. Жарких, Д.Ф. Клеева, В.В. Сидоров, А.И. Крупаткин, А.В. Дунаев Мониторинг микроциркуляторно-тканевых систем организма человека во время сна с помощью мультимодальных портативных анализаторов XVI Международная научная конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии – ФРЭМЭ’2024» – Владимир-Суздаль, Россия, Доклады. Книга 1, 182-187 (2024). (год публикации - 2024)

19. Е.В. Жарких, А.В. Дунаев A distributed system of wearable analyzers for the diagnosis of peripheral blood flow disorders in type 2 diabetes mellitus Biomedical Engineering, 58(7) (год публикации - 2024)
10.1007/s10527-024-10354-7

20. Е.В. Жарких, Ю.И. Локтионова, А.В. Дунаев Microcirculatory Dysfunction in Patients With Diabetes Mellitus Detected by a Distributed System of Wearable Laser Doppler Flowmetry Analysers Journal of Biophotonics, Journal of Biophotonics, 2024; e202400297 (год публикации - 2024)
10.1002/jbio.202400297

21. В.Е. Паршакова, Е.В. Жарких, Ю.И. Локтионова, А.В. Коськин, А.В. Дунаев Исследование физиологического разброса параметров микроциркуляторно-тканевых систем организма человека с помощью мультимодальных портативных анализаторов Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, Т. 2, №364, С. 165-176 (год публикации - 2024)
10.33979/2073-7408-2024-364-2-165-176

22. Е.В. Жарких, Ю.И. Локтионова, В.Е. Паршакова, А.В. Дунаев, А.А. Федорович Возможности портативных лазерных анализаторов микроциркуляции крови в оценке нарушений микроциркуляторных процессов в отдалённом постковидном периоде Российский Форум по Тромбозу и Гемостазу 2024 [Электронное издание]: материалы Российского Форума по Тромбозу и Гемостазу (14-16 марта 2024) / под ред. Е.В. Ройтмана - М.: ООО "Гемостаз и Реология", 2024. - С. 28., Российский Форум по Тромбозу и Гемостазу 2024 [Электронное издание]: материалы Российского Форума по Тромбозу и Гемостазу (14-16 марта 2024) / под ред. Е.В. Ройтмана - М.: ООО "Гемостаз и Реология", 2024. - С. 28. (год публикации - 2024)

23. В. Е. Паршакова, Ю. И. Локтионова, Е. В. Жарких, А. В. Дунаев Оценка изменений параметров микроциркуляции крови после проведения когнитивного теста методом лазерной допплеровской флоуметрия Радиоэлектроника. Проблемы и перспективы развития [Электронный ресурс] :сборник трудов IX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / под ред. Д. Ю. Муромцева и др. ; ФГБОУ ВО «ТГТУ». –Тамбов : Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ», - 2024, с.293-294, Радиоэлектроника. Проблемы и перспективы развития [Электронный ресурс] :сборник трудов IX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / под ред. Д. Ю. Муромцева и др. ; ФГБОУ ВО «ТГТУ». –Тамбов : Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ», - 2024, с.293-294 (год публикации - 2024)

24. В.Е. Паршакова, Ю.И. Локтионова, А.А. Федорович, Е.В. Жарких Взаимосвязь параметров микроциркуляции в коже лба и гематокоагуляционных свойств крови у пациентов в отдалённом постковидном периоде Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Труды XVII Международной научно-технической конференции, Суздаль, 23–26 сентября 2024. С. 367-370. (год публикации - 2024)

25. В.С. Янушин, А.Д. Легостаев, А.Е. Новосёлов, Е.В. Русина, А.А. Спиридонова, В.Е. Паршакова, Ю.И. Локтионова, Е.В. Жарких Влияние дыхательной и ортостатической пробы на изменение параметров микроциркуляции крови при измерении методом лазерной допплеровской флоуметрии в разных анатомических участках кожи Рязань: ИП Коняхин А.В. (Book Jet), Биотехнические, медицинские и экологические системы, измерительные устройства и робототехнические комплексы – Биомедсистемы-2024 [текст]: сб. тр. XXXVII Всерос. науч.-техн. конф. студ., мол. ученых и спец., 4-6 декабря 2024 г. / под общ. ред. В.И. Жулева. – Рязань: ИП Коняхин А.В. (Book Jet), 2024. – C. 68-72. (год публикации - 2024)

26. А.А. Спиридонова, А.Д. Легостаев, А.Е. Новосёлов, Е.В. Русина, Ю.И. Локтионова, Е.В. Жарких Исследование регионарных различий параметров микроциркуляторно-тканевых систем организма человека при помощи портативных мультимодальных анализаторов ИП Коняхин А.В. (Book Jet), Биотехнические, медицинские и экологические системы, измерительные устройства и робототехнические комплексы – Биомедсистемы-2024 [текст]: сб. тр. XXXVII Всерос. науч.-техн. конф. студ., мол. ученых и спец., 4-6 декабря 2024 г. / под общ. ред. В.И. Жулева. – Рязань: ИП Коняхин А.В. (Book Jet), 2024. – C. 58-62. (год публикации - 2024)

27. Е.В. Жарких, Ю.И. Локтионова, В.Е. Паршакова, А.А. Федорович, А.В. Дунаев Wearable multimodal laser analyzers in assessing of microcirculatory disorders in the long COVID syndrome IEEE, 2024 International Conference Laser Optics (ICLO), Saint Petersburg, Russian Federation, 2024, pp. 502 (год публикации - 2024)
10.1109/ICLO59702.2024.10624442

28. Ю.И. Локтионова, Е.В. Жарких, В.Е. Паршакова, А.В. Дунаев Wearable Multimodal Optical Analyzers: Physiological Variability and Reproducibility of Measurements Journal of Biophotonics. , 1-19 (2025). (год публикации - 2025)
10.1002/jbio.202400527

29. Ю.И. Локтионова, Е.В. Жарких, Д.Ф. Клеева, В.С. Янушин, В.В. Сидоров, А.И. Крупаткин, А.В. Дунаев Wearable Multimodal Analyzers in the Microcirculatory-Tissue Systems Monitoring During Different Sleep Stages IEEE, 2024 International Conference Laser Optics (ICLO), Saint Petersburg, Russian Federation, 2024, pp. 501 (год публикации - 2024)
10.1109/ICLO59702.2024.10624423

30. Ю.И. Локтионова Анализ изменений параметров микроциркуляторно-тканевых систем организма человека во время сна с помощью портативных мультимодальных анализаторов XXXI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов—2024» (Москва, 2024 г.) – М. Физический факультет МГУ. (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
За отчётный период получены следующие научные результаты: 1. Разработан алгоритм обработки данных, заключающийся в проведении вейвлет-анализа сигналов ЛДФ и расчёте ряда диагностических параметров, характеризующих процессы регуляции системы микроциркуляции крови. 2. Применение разработанного алгоритма обработки данных выявило усиление нейрогенной регуляции кровотока кожи лба на этапе восстановления после когнитивного теста и постепенное увеличение амплитуды сердечных колебаний на этапах во время и после КТ у всех обследованных пациентов. Такой результат может быть связан с увеличением артериального притока крови при повышении перфузии в ответ на когнитивную нагрузку. 3. Продемонстрировано статистически значимое увеличение частоты доминирующей активной амплитуды колебаний кровотока при применении когнитивной нагрузки в группе пациентов с менее выраженными нарушениями, что может характеризовать активацию холинергической регуляции кровотока. 4. Показана зависимость степени выраженности когнитивных нарушений при постковидном синдроме и нарушений функционирования микроциркуляторно-тканевых систем от наличия коморбидных заболеваний. 5. Корреляционный анализ сигналов ЛДФ и ФС и клинико-лабораторных показателей пациентов в отдалённом постковидном периоде показал наличие взаимосвязи между нарушениями микроциркуляции крови и параметрами, характеризующими функционирование свёртывающей системы крови. 6. Зарегистрирован массив данных экспериментальных исследований состояния микроциркуляторно-тканевых систем пациентов, перенёсших COVID-19, на разных стадиях прохождения реабилитационных мероприятий. 7. Продемонстрировано, что проведение указанных реабилитационных мероприятий у пациентов, перенёсших COVID-19, способствует нормализации кровообращения, улучшению когнитивной функции, активизации окислительного метаболизма и улучшению регуляции микроциркуляторного кровотока со стороны эндотелиального, нейрогенного и миогенного механизмов. 8. Полученные экспериментальные данные и выделенные диагностические критерии легли в основу разработки метода диагностики нарушений микроциркуляции крови и окислительного метаболизма, возникших вследствие перенесенной коронавирусной инфекции, оформленного в виде патента на изобретение. 9. Предложены рекомендации по содержанию реабилитационных мероприятий и фармакотерапии микроциркуляторных и метаболических осложнений COVID-19. По результатам проведённых исследований во второй год выполнения проекта опубликовано 12 работ, в том числе 4 статьи в журналах, индексируемых БД Scopus/Web of Science. Результаты исследований по проекту доложены на 6 международных и 4 Всероссийских научно-технических конференциях: Российский Форум по Тромбозу и Гемостазу 2024; XIII Всероссийский конгресс молодых ученых; XXXI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных по фундаментальным наукам «Ломоносов—2024»; IX Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием для студентов, молодых учёных и специалистов, посвящённая «Дню радио и связи»; 21-я Международная конференция LASER OPTICS (ICLO 2024); XVI Международная Научная Конференция «Физика и Радиоэлектроника в Медицине и Экологии» (ФРЭМЭ 2024); 17-я международная конференция «Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации»; 4-я международная научно-практическая конференция «Экспериментальные и клинические аспекты микроциркуляции и функции эндотелия»; XXXVII Всероссийская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов «Биотехнические, медицинские и экологические системы, измерительные устройства и робототехнические комплексы». Все заявленные в проекте работы выполнены в полном объеме: адаптированы и протестированы методы анализа данных каналов лазерной допплеровской флоуметрии и флуоресцентной спектроскопии, зарегистрирован массив данных экспериментальных исследований параметров микроциркуляторно-тканевых систем пациентов, проходящих реабилитационные мероприятия после перенесённого COVID-19 на разных стадиях реабилитации (более 800 записей сигналов ЛДФ и соответствующих сигналов ФС), полученные данные обработаны и проанализированы, сформулированы выводы об изменениях параметров МТС организма пациентов в результате оказываемых терапевтических воздействий Осуществлены командировки в НМИЦ ТПМ МЗ РФ для регистрации данных пациентов и обмена знаниями между научными группами. В 2024 году командой проекта выполнены заявленные показатели по публикационной активности и сделан существенный задел для дальнейшего развития проекта. Сведения о данном проекте (объявления, новости, опубликованные статьи, постеры, фотографии экспериментальных исследований и т.д.) публикуются на сайте научно-технологического центра биомедицинской фотоники ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева» по адресу: http://www.bmecenter.ru. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту: 1. Публикация в журнале Journal of Science in Sport and Exercise (Q2) (https://bmecenter.ru/ru/node/813); 2. Учёные из Орла исследуют влияние хатха-йоги на кровоток в организме (https://oreltimes.ru/news/obshhestvo/uchjonye-iz-orla-issledujut-vlijanie-hatha-jogi-na-krovotok-v-organizme/?doing_wp_cron=1707984600.8387100696563720703125); 3. Участие в Российском Форуме по тромбозу и гемостазу (https://oreluniver.ru/media/news/show/1/21429); 4. Участие в XIII Конгрессе молодых ученых (https://bmecenter.ru/ru/node/829); 5. Выступление сотрудников НТЦ биомедицинской фотоники на Международной конференции в Санкт-Петербурге (https://bmecenter.ru/ru/node/846); 6. Новый метод диагностики диабета: прорыв в биомедицинской фотонике (https://poisknews.ru/biomediczina/novyj-metod-diagnostiki-diabeta-proryv-v-biomediczinskoj-fotonike/); 7. Новый метод диагностики нарушений микроциркуляции крови (https://minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/90300/); 8. Участие в конференции «Экспериментальные и клинические аспекты микроциркуляции и функции эндотелия» (https://www.bmecenter.ru/ru/node/861).

Публикации

Возможность практического использования результатов
В ходе выполнения проекта был разработан метод диагностики нарушений микроциркуляции крови и окислительного метаболизма, возникших вследствие перенесенной коронавирусной инфекции. Разработанный метод был апробирован с участием пациентов, перенёсших COVID-19, и показал высокие показатели диагностической чувствительности и специфичности. Предложенные при выполнении проекта подходы к осуществлению диагностики могут быть внедрены в медицинскую практику в отделениях функциональной диагностики для наблюдения за пациентами, перенесшими острую коронавирусную инфекцию и входящими в группы риска развития осложнений, а разработанный в рамках данного проекта метод диагностики может также быть использован для оценки риска развития микроциркуляторных и метаболических осложнений у пациентов, входящих в группы риска, а также может применяться для мониторинга эффективности проводимых терапевтических мероприятий с целью минимизации риска неблагоприятных исходов. Данная информация может быть полезна не только для борьбы с COVID-19 и его последствиями, но и при возможных будущих эпидемиях респираторных инфекций.