Лідія Дубенська. „Неінвазивна діагностика, або вдихнув-видихнув”

З усіх явищ, пов’язаних з життям, найбільш вражаючі і такі, що найперше заслуговують на увагу фізиків та фізіологів – це явища, які супроводжують дихання.
А.Лавуазьє

Кожна хвороба має свій запах.
Гіппократ

Де початок неінвазивної діагностики1?

1Неінвазивна діагностика – діагностика без проникнення в організм, без порушення цілісності структур організму, наприклад, хірургічними інструментами чи голками

Усі добре знають: перш, ніж поставити остаточний діагноз, лікар не лише розпитує пацієнта і оглядає його, але й скеровує у лабораторію – здати аналізи крові, сечі, зробити електрокардіограму і т. ін. Але досі у звичайних поліклініках і лікарнях ніхто ще не пропонує хворим зробити аналіз видихуваного повітря. Тим часом, першим, хто зауважив, що кожна хвороба має свій запах, був батько медицини – Гіппократ.

Антуан Лоран Лавуазьє

Мал. 1. Антуан Лоран Лавуазьє

Здавна народні цілителі розпізнавали деякі хвороби за запахом. Запах хворого на тиф схожий на аромат чорного свіжого хліба; від хворого на золотуху пахне прокислим пивом; характерний запах аміаку відчувається у подиху людей, у яких хворі нирки; запах кленового сиропу відчувається при порушенні метаболізму жирних кислот і амінокислот у крові і сечі; запах ацетону з рота – у хворих на цукровий діабет. Хворі на серцево-легеневу недостатність часто видихають повітря з неприємним кислуватим запахом недоокислених продуктів обміну внаслідок неповного згорання білків, жирів і вуглеводів у головній енергетичній пічці нашого організму – печінці.

Визначний учений Антуан Лоран Лавуазьє (мал. 1) вперше визначив, що під час дихання людина засвоює здебільшого кисень, а видихає – вуглекислий газ. Це відкриття стало революційним у науці, ученим важко було повірити, що дихання у чомусь схоже на горіння.

У середині XIX ст. німецький лікар-винахідник А. Небельсау сконструював перший пристрій для аналізу повітря, яке видихають хворі на діабет. Учений пропускав це повітря крізь пастку з лужним розчином йоду і спостерігав швидку зміну кольору розчи ну, спричинену реакцією з ацетоном, уміст якого у видиху хворих на діабет є підвищеним:

СН3СОСН3 + 8NaOH+6I2 = 2СНI3 + 6H2O +Na2CO3 + 6NaI.

У 1874 році у Великобританії сконструювали пристрій для аналізу повітря на вміст алкоголю. Пастка для вловлювання видиху містила розчин хромової кислоти. Під час аналізу колір розчину змінювався з червоно-коричневого на зелений внаслідок реакції з етанолом:

K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3C2H5OH = K2SO4 + Cr2(SO2)3 + 3CH3COH + 3H2O.

Ці методи ґрунтувалися винятково на хімічних реакціях, а для аналізу були потрібні великі об’єми повітря.

Активний розвиток діагностики, пов’язаної з мікроскладом видихуваного повітря, почався у 80-х роках минулого сторіччя з робіт американського вченого біохіміка Лайнуса Полінга2. Застосовуючи метод газової хроматографії, він довів наявність у видихуваному повітрі приблизно 250 речовин. Сьогодні відомо, що людина видихає приблизно 3 000 різних речовин.

2Лайнус Полінг – один з чотирьох учених, які двічі отримали Нобелівську премію.

Речовини-маркери

Повітря, яке ми видихаємо, – це класична газова суміш. Завдяки великій поверхні легенів (приблизно 90 м2) леткі речовини (етанол, аміак, ацетон, оцтова кислота, феноли та ін.) швидко потрапляють з кровоносного русла у зовнішнє середовище разом з повітрям, яке ми видихаємо. Саме суміш молекул цих речовин і надає людині індивідуального, неповторного запаху, за яким чутливий ніс собаки безпомилково знаходить свого господаря серед мільйонів двоногих істот. Запах нашого видиху – це запах газової суміші.

Кількісний склад головних компонентів повітря, яке ми видихаємо, відомий вже давно (табл. 1). Однак таке повітря – це не просто газувата суміш чотирьох речовин. Воно містить багато неорганічних і органічних домішок, вміст яких коливається в широких межах.

Таблиця 1. Середній вміст основних компонентів вдихуваного і видихуваного людиною повітря (t=36,6oС)

т1

За аналізом повітря, яке видихає пацієнт, можна діагностувати різні захворювання. У табл. 2 подано перелік деяких речовин-маркерів, підвищений вміст яких сигналізує про наявність певних патологій чи захворювань.

Таблиця 2. Речовини у видихуваному повітрі та їхнє діагностичне значення

т2

Як бачимо, перелік захворювань, які підлягають діагностиці за складом видихуваного повітря, дуже широкий: від хвороб органів дихання до важких психоневрологічних патологій. Стан вивченості проблеми також різний: від промислового виготовлення аналізаторів повітря для діагностики хелікобактеріозу і контролю за астмою до лабораторних прототипів діагностики онкологічних захворювань.

Незважаючи на інтенсивні дослідження, закономірності і роль в організмі більшості газуватих речовин, які ми видихаємо, досі не з’ясовані. Тільки в останні роки вдалося вияснити, що чадний газ (СО) і монооксид азоту (NO), які донедавна розглядалися винятково як токсичні речовини, відіграють дуже важливу роль у життєдіяльності організму.

Перелічені у табл. 2 речовини у мізерних кількостях містяться і у видихуваному повітрі здорових людей, однак за певних патологій їхній уміст у видихуваному повітрі збільшується, що є підставою для розроблення методів неінвазивної діагностики.

Коли припиняти голодування?

До найбільш вивчених речовин, які видихає людина, належать ацетон і етанол. Підвищений вміст цих речовин у видихуваному повітрі спостерігається не лише у хворих на діабет (табл. 3). Цікаво, що під час голодування виділення ацетону збільшується у десятки разів за перші 4–5 діб, але на 8–10-ту добу голодування вміст ацетону у видихуваному повітрі різко зменшується. Це – сигнал до припинення голодування через початок декомпенсації3 і небезпеку необоротної дистрофії внутрішніх органів.

3Декомпенсація – (від лат. de… – префікс, який означає відсутність, і compensatio – урівноваження, відшкодування) – порушення нормального функціонування окремого органа, системи органів або всього організму.

Таблиця 3. Діагностичне значення речовин-маркерів ацетону й етанолу у видихуваному повітрі

т3

Методи неінвазивної діагностики

Забірник для повітря і мікрочіп (університет Луїсвілля, США).

Мал. 2. Забірник для повітря і мікрочіп (університет Луїсвілля, США)

Найбільший інтерес викликає діагностика на ранніх стадіях важких захворювань, зокрема, онкологічних. Одна з найновіших методик діагностики раку легень (мал. 2) базується на групі з чотирьох сполук-маркерів раку легень: 2-бутанон, 3-гідроксо-2-бутанон, 2-гідроксоацетальдегід, 4-гідроксогексаналь. Саме ці речовини виробляють уражені клітини. Хворобу вдається виявити ще до появи симптомів захворювання і навіть раніше, ніж пухлину можна зафіксувати за допомогою рентгенівської діагностики. Процедура аналізу дуже проста: пацієнт робить лише один видих у спеціальний забірник у кабінеті лікаря. Потім забірник приєднують до помпи, яка скеровує повітря через спеціальний мікрочіп із силіцій оксиду, на якому сорбуються хімічні речовини. Мікрочіп відправляють у лабораторію для аналізу методом мас-спектрометрії. Результати аналізу готові вже за декілька годин.

Мал. 3. Аналізатор СО – Smokerlyzer. Додаток Smokerlyzer доступний для завантаження з Apple App Store або Google Play.

Мал. 3. Аналізатор СО – Smokerlyzer. Додаток Smokerlyzer доступний для завантаження з Apple App Store або Google Play

Лідером аналогічного контролю у домашніх умовах є портативний і простий в експлуатації прилад – електрохімічний сенсор. Він має виняткове значення для контролю за хронічними захворюваннями, а також для дозування і засвоєння ліків. На мал. 3 зображено один з перших у світі портативних аналізаторів, який можна з’єднати зі смартфоном або планшетом через порт для навушників.

Важливу інформацію для діагностики захворювань дихальної системи дають дослідження конденсату видихуваного повітря (КВП). Такі дослідження активно ведуться і в Україні. Так, у Харківському національному медичному університеті запатентований пристрій для одержання КВП у новонароджених. Принцип дії усіх цих пристроїв однаковий: пацієнт видихає повітря у ємність, у якій повітря охолоджується сухим льодом (рідше – рідким азотом) та конденсується. За допомогою українського пристрою впродовж 45 хв. спокійного дихання у новонародженого з пневмонією вдається зібрати 0,1–0,3 мл конденсату, якого достатньо для надійного аналізу. КВП аналізують здебільшого методом високоефективної рідинної хроматографії, а також флюориметрії, спектрофотометрії та імуноферментного аналізу.

Мал. 4. Чіп розміром 7X 7X 0,6 мм – спектрометр для контролю цукрового діабету за видихуваним повітрям

Мал. 4. Чіп розміром 7X 7X 0,6 мм – спектрометр для контролю цукрового діабету за видихуваним повітрям

Дуже поширений і загальновідомий неінвазивний метод діагностики хелікобактерної інфекції – дихальний уреазний тест. Для проведення тесту пацієнт видихає повітря у спеціальний забірник, який відразу закупорюють, а пацієнту дають випити розчин сечовини з міченим ізотопом Карбону 13С. Приблизно через півгодини пацієнт видихає повітря в інший забірник. Уміст двох забірників порівнюють спектроскопічним методом. Фермент уреаза розкладає сечовину на аміак і вуглекислий газ. Якщо в другому забірнику виявиться занадто багато вуглекислого газу з міченим карбоном 13С, то це означає, що пацієнт заражений бактеріями Helicobacter pylori.

Неінвазивна діагностика на основі аналізу видихуваного повітря бурхливо розвивається. У найближчій перспективі – створення мініатюрних спектрометрів, вбудованих у смартфони. Прототипи уже є, вони мають різний принцип дії і розроблені незалежно лабораторіями Масачусетського технологічного інституту й Інституту електронних наносистем Фраунгофера (Хемніц, Німеччина) (мал. 4).

Отже, інтерес до аналізу видихуваного повітря як до методу неінвазивної діагностики зумовлений тим, що така діагностика багатьох захворювань може застосовуватися і у домашніх умовах, і в реанімаційному відділенні. Методичні прийоми забору повітря для аналізу є щадними, а дослідження – безпечними, бо унеможливлюють передачу інфекцій через кров або інструменти.

Лідія Дубенська,Лідія Дубенська
учениця хіміко-біологічного 9-Д класу
Львівського фізико-математичного ліцею.

ЗАВАНТАЖИТИ СТАТТЮ У ФОРМАТІ PDF

xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonfutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88
Поширити
0