Международный эндокринологический журнал Том 20, №4, 2024

Актуальність. Порушення принципів прямих та негативних зворотних зв’язків регуляції ендокринних функцій призводить до виникнення вузлових форм зоба. При цьому структуру та кількісні зміни щитоподібної залози (ЩЗ) можна більш інформативно і точно оцінити методами поляризаційної біомедичної оптики. Мета: обґрунтувати можливості застосування методів поляризаційної біомедичної оптики в діагностиці вузлового зоба на основі застосування інтегративного патофізіологічного підходу щодо принципу прямих і негативних зворотних зв’язків регуляції ендокринних функцій. Матеріали та методи. Досліджувалися дві групи хворих: контрольна група 1 — здорові донори (51 пацієнт), дослідна група 2 — пацієнти з вузловим зобом (51 пацієнт), яким з діагностичною метою проводили тонкоголкову аспіраційну пункційну біопсію ЩЗ. В основу реалізації фундаментальної ідеї поляризаційної біомедичної оптики покладено два аналітичних підходи — статистичний і топографічний (фрактальний). Використані інструментальні лазерні методи: поляризаційний, інтерференційний, цифровий голографічний; комп’ютерні та аналітичні методи: статистичний і мультифрактальний. Кількісно визначали статистичні параметри мап азимута поляризації, азимута поляризації фазових та мультифрактальних спектрів цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії ЩЗ хворих на вузловий зоб із розрахунком: cередньої, дисперсії, асиметрії та ексцесу. Вірогідність відмінностей порівняно з контролем, прийнятим за 100 %, оцінювали за допомогою параметричного критерію Стьюдента (р < 0,05). Результати. Виявлено вірогідне зростання асиметрії та ексцесу азимута поляризації, вірогідне гальмування середньої азимута поляризації фазових цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії ЩЗ хворих на вузловий зоб, вірогідне збільшення асиметрії та ексцесу цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії хворих на вузловий зоб. Показано вірогідне зростання дисперсії та вірогідне зниження асиметрії й ексцесу мультифрактальних спектрів мап азимута поляризації цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії ЩЗ хворих на вузловий зоб. Висновки. Виявлене вірогідне зростання біофізичних оптичних показників цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії ЩЗ хворих на вузловий зоб зумовлене збільшенням колоїдних фолікулів та розростанням сполучної тканини навколо них. Виявлені вірогідне гальмування середньої азимута поляризації фазових цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів і вірогідне зниження асиметрії та ексцесу мультифрактальних спектрів мап азимута поляризації цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії хворих на вузловий зоб зумовлені активацією тиреоцитів як аморфного компонента у результаті активізації дизрегуляційного патологічного процесу внаслідок порушень принципу прямих і негативних зворотних зв’язків регуляції ендокринних функцій.

Background. Violation of the principles of direct and ne­gative feedback regulation of endocrine functions leads to nodular goiter. The structure and quantitative changes of thyroid gland can be assessed more informatively and accurately by polarization biomedi­cal optics. The purpose was to substantiate the possibility of using polarization biomedical optic methods in the diagnosis of nodular thyroid goiter based on the application of an integrative pathophy­siological approach of the principle of direct and negative feedback regulation of endocrine functions. Materials and methods. Two groups of patients were studied: control group 1 — healthy donors (n = 51), study group 2 — patients with nodular goiter (n = 51), who underwent a thyroid fine needle biopsy for diagnostic purposes. The fundamental idea of polarization biomedical optics is based on two analytical approaches: statistical and topographic (fractal). Instrumental laser methods were used such as polarization, interference, digital holographic, as well as computer and analytical methods: statistical and multifractal. The statistical parameters of polarization azimuth maps, polarization azimuth of phase and multifractal spectra of digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy in patients with nodular goiter were determined quantitatively with calculation of the mean, dispersion, asymmetry and kurtosis. The significance of differences compared to the controls taken as 100 % was evaluated using the Student’s parametric test (p < 0.05). Results. There was a significant increase in the asymmetry and kurtosis of the polarization azimuth, a significant inhibition of the mean of polarization azimuth of phase digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy in patients with nodular goiter, a significant increase in the asymmetry and kurtosis of digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy in patients with nodular goiter. A significant increase in dispersion and a probable decrease in the asymmetry and kurtosis of multifractal spectra of polarization azimuth maps of digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy in patients with nodular goiter were shown. Conclusions. There was a significant increase in the biophysical optical parameters of digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy in patients with nodular goiter due to an increase in colloidal follicles and the growth of connective tissue around them. A probable inhibition of the average azimuth of polarization of phase digital microscopic images of native histological sections and a significant decrease in the asymmetry and kurtosis of multifractal spectra of polarization azimuth maps of digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy in patients with nodular goiter are caused by the activation of thyrocytes as an amorphous component as a result of activation of the dysregulatory pathological process due to violations of the principle of direct and negative feedback regulation of endocrine functions.

щитоподібна залоза; вузловий зоб; прямі та негативні зворотні зв’язки; поляризаційна оптика; інтегративний підхід

thyroid gland; nodular goiter; direct and negative feedback; polarization optics; integrative approach

1. van den Beld AW, Kaufman JM, Zillikens MC, Lamberts SWJ, Egan JM, van der Lely AJ. The physiology of endocrine systems with ageing. Lancet Diabetes Endocrinol. 2018 Aug;6(8):647-658. doi: 10.1016/S2213-8587(18)30026-3. Epub 2018 Jul 17. PMID: 30017799; PMCID: PMC6089223.
2. Asa SL, Erickson LA, Rindi G. The Spectrum of Endocrine Patho–logy. Endocr Pathol. 2023 Dec;34(4):368-381. doi: 10.1007/s12022-023-09758-0. Epub 2023 Mar 18. PMID: 36933149; PMCID: PMC10024030.
3. Brix K, Szumska J, Weber J, Qatato M, Venugopalan V, Al-Hashimi A, et al. Auto-Regulation of the Thyroid Gland Beyond Classical Pathways. Exp Clin Endocrinol Diabetes. 2020;128(6-07):437-45. doi: 10.1055/a-1080-2969. 
4. Grieco G, Wang T, Delcorte O, Spourquet C, Janssens V, Stric–kaert A, et al. Class III PI3K Vps34 Controls Thyroid Hormone Production by Regulating Thyroglobulin Iodination, Lysosomal Proteolysis, and Tissue Homeostasis. Thyroid. 2020;30(1):133-46. doi: 10.1089/thy.2019.0182. 
5. Ushenko A, Dubolazov A, Zheng J, Litvinenko A, Gorsky M, Ushenko Y, et al. 3D polarization-interference holographic histology for wavelet-based differentiation of the polycrystalline component of biological tissues with different necrotic states. Forensic applications. Journal of Biomedical Optics. 2024;29(5):052920. DOI: 10.1117/1.JBO.29.5.052920 https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-85188045731&doi=10.1117 %2f1.JBO.29.5.052920&partnerID=40&md5=f19ed773699393b917cf696c46f8547c.
6. Ushenko A, Sdobnov A, Dubolazov A, et al. Stokes-correlome–try analysis of biological tissues with polycrystalline structure. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2018;25(1):1-12. Art no. 7101612, doi: 10.1109/JSTQE.2018.2865443.
7. Ushenko VA, Sdobnov AY, Mishalov WD, еt al. Biomedical applications of Jones-matrix tomography to polycrystalline films of biological fluids. Journal of Innovative Optical Health Sciences. 2019;12(6):1950017. https://doi.org/10.1142/S1793545819500172.
8. Rohovyi Y, Savka V, Bilookyi V, Sheremet M, Bocharov A, Pryimak K, Bilookyi O. Integrative pathophysiological and correlation-optical study of the kidneys for the formation of tubulo-interstitial syndrome: part 1 — polarization and birefringence structure. Proc. SPIE 12938, Sixteenth International Conference on Correlation Optics, 129381I (5 January 2024); https://doi.org/10.1117/12.3014077.
9. Nedelchev L, Mateev G, Nikolova L, Nazarova D, Ivanov B, Strijkova V, et al. In-line and off-axis polarization-selective hologra–phic lenses recorded in azopolymer thin films via polarization holography and polarization multiplexing. Appl Opt. 2023 Apr 1;62(10):D1-D7. doi: 10.1364/AO.478434. PMID: 37132763.
10. Dudaie M, Shinar S, Shaked NT. Polarization-independent differential interference contrast and off-axis holography combined module. Appl Opt. 2021 Dec 10;60(35):10825-10829. doi: 10.1364/AO.442065. PMID: 35200842.
11. Liu Y, Chen H, Sun Q, Jiang Z. Zero-order-term elimination by using two hologram subtraction based on reference wave polarization adjustment in off-axis digital holography. Opt Lett. 2022 May 1;47(9):2274-2277. doi: 10.1364/OL.456913. PMID: 35486778.
12. Verrier N, Taddese AM, Abbessi R, Debailleul M, Haeberlé O. 3D differential interference contrast microscopy using polarisation-sensitive tomographic diffraction microscopy. J Microsc. 2023 Feb;289(2):128-133. doi: 10.1111/jmi.13160. Epub 2022 Nov 30. PMID: 36408663; PMCID: PMC10107843.
13. Gou J, Shen TH, Bao P, Ramos Angulo JL, Evans SD. A stokes polarimetric light microscopy view of liquid crystal droplets. Sci Rep. 2021 Aug 11;11(1):16329. doi: 10.1038/s41598-021-95674-4. PMID: 34381082; PMCID: PMC8358033.
14. Xu M, Wang C, Wang K, Shi H, Li Y, Jiang H. Polarization Super-Resolution Imaging Method Based on Deep Compressed Sensing. Sensors (Basel). 2022 Dec 10;22(24):9676. doi: 10.3390/s22249676. PMID: 36560044; PMCID: PMC9783235.
15. Krouwer JS. Traditional Interference Experiments vs. Method Comparison Interference Experiments. J Diabetes Sci Technol. 2023 Mar;17(2):517-520. doi: 10.1177/19322968211059548. Epub 2021 Dec 1. PMID: 34852675; PMCID: PMC10012365.
16. Li Y, Jiang S, Chen X, Liu Z, Wang W, Song Y, Bayanheshig. Accurate measurement and adjustment method for interference fringe direction in a scanning beam interference lithography system. Opt Express. 2023 Aug 14;31(17):28145-28160. doi: 10.1364/OE.485488. PMID: 37710876.
17. Hatamimajoumerd E, Talebpour A. A Temporal Neural Trace of Wavelet Coefficients in Human Object Vision: An MEG Study. Front Neural Circuits. 2019 Apr 2;13:20. doi: 10.3389/fncir.2019.00020. PMID: 31001091; PMCID: PMC6454027.
18. Roy S, Maji P. Multispectral co-occurrence of wavelet coefficients for malignancy assessment of brain tumors. PLoS One. 2021 Jun 17;16(6):e0250964. doi: 10.1371/journal.pone.0250964. PMID: 34138852; PMCID: PMC8211259.
19. Yildirim Simsir I, Cetinkalp S, Kabalak T. Review of Factors Contributing to Nodular Goiter and Thyroid Carcinoma. Med Princ Pract. 2020;29(1):1-5. doi: 10.1159/000503575. Epub 2019 Sep 23. PMID: 31542786; PMCID: PMC7024874.
20. Knobel M. Etiopathology, clinical features, and treatment of diffuse and multinodular nontoxic goiters. J Endocrinol Invest. 2016 Apr;39(4):357-73. doi: 10.1007/s40618-015-0391-7. Epub 2015 Sep 21. PMID: 26392367.
21. Mallya M, Ogilvy-Stuart AL. Thyrotropic hormones. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2018 Jan;32(1):17-25. doi: 10.1016/j.beem.2017.10.006. Epub 2017 Oct 26. PMID: 29549956.
22. Delitala AP, Capobianco G, Cherchi PL, Dessole S, Delitala G. Thyroid function and thyroid disorders during pregnancy: a review and care pathway. Arch Gynecol Obstet. 2019 Feb;299(2):327-338. doi: 10.1007/s00404-018-5018-8. Epub 2018 Dec 19. PMID: 30569344.
23. Kasmaee K, Dehshiri M, Khorsandi A. Polarization-sensitive optical coherence tomography for birefringence measurement of calcite nonlinear uniaxial crystal. Appl Opt. 2024 Apr 10;63(11):2843-2853. doi: 10.1364/AO.518550. PMID: 38856380.