Феномены, обнаруживаемые методом диодно-лазерной спектрометрии газообразных метаболитов выдыхаемого воздуха человека при его различных функциональных состояниях
Оценка диагностического потенциала метода диодно-лазерной спектрометрии выдыхаемого воздуха по спектральным характеристикам газообразных метаболитов при различных функциональных состояниях человека. Анализ показателей при воздействии нагрузочных факторов.
| Рубрика | Медицина |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.05.2021 |
| Размер файла | 352,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Феномены, обнаруживаемые методом диодно-лазерной спектрометрии газообразных метаболитов выдыхаемого воздуха человека при его различных функциональных состояниях
А.А. Карабиненко1,3, Ю.М. Петренко 1, Л.Ю.Ильченко1, А.И Надеждинский.2, Я.Я. Понуровский.2, Е.Д. Преснова1, И.Г.Никитин1
Abstrakt
PHENOMENA DETECTED BY THE METHOD OF DIODE LASER SPECTROMETRY OF GASEOUS METABOLITES OF THE EXHALED AIR OF A HUMAN BEING WITH ITS VARIOUS FUNCTIONAL STATES
A. Karabinenko1,3, Yu.M. Petrenko1, L. Yu. Ilichenko1, A.I. Nadezhdinsky2,
Ya. Ya. Ponurovsky2, E.D. Presnova1, I. G.Nikitin1
Objective: todeterminethediagnosticpotentialofthemethodofdiode-laserspectrometry (DLS) ofexhaledairfromthespectralcharacteristicsofgaseousmetabolitesindifferentfunctionalstatesof a person.
Materials and methods: in the State Clinical Hospital. V.M. Buyanov examined 98 patients aged 19 to 78 years (men - 58, women - 40), under going treatment with various pathologies of internal organsin a satis factory condition and without sign sof decompensateion of chronic diseases. The studies were carried out at various functional states of patients - atrest, with low physical exerti on to achieve a heart rate of 140 beats / min, in there covery period, as well as with nutrition alloads. Gas analysis of the samples of gase ous metabolites (12CO2, 13CO2, CH4, NH3, H2S) was perform on the experimental design of a diodelaser spectrometer performed at the Institute of Theoretical Physics, Russian Academy of Sciences Of name A.M. Prokhorov's.
Results: For the first time, many component data on the presence of metabolized molecule s ithe sample swere obtained.
It is shown that the effect of load factors sign ificantlychanged the nature of the content of the composition of biomarkers of the exhaled air of a human being with its various functional states.
In their behavior, there are a number of phenomen a that are characteristic of a particular functional state in this or that pathology. The paper discusses the phenomen a obtained, interprets possible causes in the body systems that reflect them.
Keywords: exhaledair, biomarkers, diodelaser spectrometry
Аннотация
диодный лазерный спектрометрия метаболит газообразный
Цель работы: определить диагностический потенциал метода диодно-лазерной спектрометрии (ДЛС) выдыхаемого воздуха (ВВ) по спектральным характеристикам газообразных метаболитов при различных функциональных состояниях человека.
Материалы и методы: В ГКБ им. В.М. Буянова обследовано 98 пациентов в возрасте от 19 до 78 лет (мужчин -- 58, женщин -- 40), проходящих курс лечения с различной патологией внутренних органов.в удовлетворительном состоянии и без признаков декомпенсации хронических заболеваний. Исследования проводились при различных функциональных состояниях пациентов -- в покое, при небольшой физической нагрузке до достижения ЧСС 140 уд/мин, в периоде восстановления, а также при пищевых нагрузках.
Газоанализ проб ВВ (12СО2, 13СО2, OH4, NH3, H2S) определялся на опытно-конструкторской разработке диодно-лазерного спектрометра, выполненного в ИОФ РАН им. А.М. Прохорова. Результаты: впервые получены мнгокомпонентные данные о наличии метаболизированных молекул в пробах ВВ.
Показано, что воздействие нагрузочных факторов существенно изменяло характер содержания состава биомаркеров ВВ. В их поведении наблюдается ряд феноменов, характерных для того или иного функционального состояния при той или иной патологии.
В их поведении существует ряд явлений, характерных для конкретного функционального состояния организма при той или иной патологии. Их характеристическими особенностями являются для: CO2 -цирроз печении, OH4 - цирроз, язвенная болезнь (ремиссия), NH3 - язвенная болезнь в фазе обострения.
В работе обсуждаются полученные феномены, интерпретируются возможные причины в системах организма, которые их отражают.
Ключевые слова: выдыхаемый воздух, биомаркеры, диодно- лазерная спектрометрия.
Выдыхаемый воздух - смесь газообразных метаболитов человека при различных его состояниях. Проблема анализа состава выдыхаемого воздуха продолжает оставаться актуальной в силу того, что имеющиеся данные в публикациях содержатся в небольшом объеме и затрагивают лишь узкие разделы патологии человека [1]. Применение многокомпонентных газоанализаторов в медицинских исследованиях крайне ограничено. В последние годы разрабатываются новые технологии многокомпонентных газоанализаторов, позволяющие одновременно изучать метаболиты выдыхаемого воздуха [2-4]. Это имеет важное научно-практическое значение в экологических и медико-физиологических исследованиях. Количественно метаболиты выдыхаемого воздуха по сравнению с исходными параметрами изменяются при различных патологических состояниях системы органов дыхания, органов пищеварения и органов выделения. Это обусловлено тем, что состав выдыхаемого воздуха формируется не только воздухом бронхо-альвеолярного тракта, но и другими воздухосодержащими структурами, граничащими с ротоглоткой. Наибольший интерес представляют динамические характеристики метаболитов выдыхаемого воздуха при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Известно, что на количественно-качественный состав метаболитов выдыхаемого воздуха может иметь влияние газовый пузырь над содержимым желудка: регургитирующая функция желудочного содержимого при некоторых его функциональных нарушениях, наличие в слизистой желудка бактерий Helicobacterpylori (H.pylori), которые при реакции с мочевиной могут образовывать дополнительно газообразные вещества в виде аммиака и углекислого газа. Также в желудок частично могут регургитировать газы из нижележащих отделов кишечника, которые образуются в результате ферментных и бродильных процессов (в частности при активации метанообразующих бактерий). Естественно, что большая часть газообразных биомолекул может всасываться в портальный кровоток и инактивироваться в печени. Вышеуказанные процессы могут существенно изменяться по отношению к состоянию покоя и без влияния пищевых нагрузок при различных заболеваниях желудочно-кишечного тракта и печени [20]. В процессе жизнедеятельности образуется много метаболитов в том числе, имеющих газоагрегатное состояние и выделяемых из организма в выдыхаемом воздухе. Эти газообразные продукты по сути являются составными частями так называемого «парникового газа». К ним относятся рассмотренные ниже газы. Аммиак (NH3) ВВ - один из конечных продуктов азотистого обмена. Основным его источником в организме являются аминокислоты, амины, амидные группы белков. В норме NH3 в основном метаболизируется в печени до мочевины и выводится из организма через почки, кожу и легкие. Концентрация NH3 в ВВ пропорциональна концентрации в венозной крови, поэтому может служить для оценки аммиачного статуса организма и факторов, изменяющих этот статус [5]. Метан (CH4) - появляется в процессе “метанового брожения», в основном при гниении, которое происходит с участием анаэробных метанообразующих бактерий. У человека такие процессы происходят в кишечнике при переваривании пищи. В норме содержание CH4 не должно превышать 56% общей газовой смеси [6]. Углекислый газ (12СО3) - показатель, определяющий физиологический статус человека. При физической нагрузке концентрация СО2 в ВВ увеличивается. В норме концентрация СО2 в ВВ не превышает 4%. Определение в ВВ отношения концентрации изотопомеров13СО2 и 12СО2 до и после приема мочевины позволяет делать выводы о наличии Н. pylori в организме [7, 8]. На данный момент анализ ВВ является перспективным быстро развивающимся направлением неинвазивной медицинской диагностики. С давних времен для диагностики заболеваний врачи определяли заболевания по запаху, выделяемому больным при дыхании и через кожу. Еще Гиппократ в своем «Трактате о здоровье» писал о том, что заболеваниям свойственен определенный запах.
Изучение ароматических химических веществ, выделяемых человеком, имеет для диагностики большое значение. Поэтому многие запахи описаны как патогномоничные симптомы заболеваний. Например, по запаху пота определяли краснуху (запах "паленых перьев"), дифтерию (сладковатый запах), туберкулез (запах несвежего пива). По запаху мочи диагностировали фенилкетонурию (затхлый запах). По запаху из ротовой полости определяли декомпенсированный сахарный диабет (запах ацетона), почечную недостаточность (запах аммиака или мочевины), заболевания печени (печеночный запах), гнилостные процессы в полости рта, в дыхательных путях и в глоточно-пищеводно-желудочном пространстве (гнилостный запах) и другие заболевания [9].
В отношении методов, применяемых для определения вещественного состава ВВ, можно перечислить следующие.
Газовая хроматография (ГХ) является часто используемым методом анализа незначительных концентраций веществ, особенно органических, в сложных газовых смесях. Чувствительность детектирования равна 1-103 млрд-1, но селективность большинства методов ГХ низкая. Ограничивает применение ГХ в анализе ВВ обязательность предварительного концентрирования анализируемой пробы и превращения анализируемых веществ в их производные, что сильно снижает точность измерений. Время анализа равно 20-30 с, но много времени затрачивается на пробоподготовку. Выбор подходящего сорбента очень сложен. К минусам также относится проницаемость материалов стенок, абсорбция и загрязнения атмосферы, которые могут сделать результаты анализа неподдающимися интерпретации. На данный момент ГХ не используется для анализа состава ВВ в исследовательских лабораториях из-за сложности и громоздкости оборудования и необходимости квалифицированного обслуживания [10].
Масс-спектрометрия (МС) - это физический метод исследования вещества, основанный на измерении отношения массы заряженных частиц материи (ионов) к их заряду. Чтобы получить масс- спектр необходимо ионизировать нейтральные молекулы и атомы, составляющие любое органическое или неорганическое вещество. Наиболее широко применяемый в современной МС метод ионизации молекул органических соединений - электронный удар [11].
Электрохимические сенсоры (ЭХ) применяются в настоящее время для регистрации неорганических газообразных молекул типа O2, CO, CO2, NO, NO2, H2S и др. Они ограничены диапазоном рабочих концентраций 10-7 -- 10-4 М, но отличаются быстродействием 10 -- 15 с. Требуется небольшой объем анализируемой пробы 10 -- 20 мл [12]. Принцип работы датчиков основывается на химической реакции анализируемого газа с электролитом, которая приводит к возникновению заряженных ионов и электрического тока. Величина электрического тока прямо пропорциональна концентрации исследуемого вещества в пробе.
Устройства на основе ЭХ датчиков отличаются надежностью и простотой. Недостатки: низкая чувствительность и недостаточная специфичеость анализа. Для улучшения специфичности анализа можно использовать фильтры и ловушки, но при этом они могут пропускать некоторые газы. Также у ЭХ сенсоров короткий срок службы и требует постоянной замены каждые 2 года [12].
Хемилюминесцентные сенсоры (ХС) применяются для обнаружения газообразных соединений типа NH3, SO2, H2S, Оз. При химическом взаимодействии, в основном окислении, этих соединений с газом-реагентом происходит эмиссия фотонов в уф-диапазоне, которые регистрируются фотоумножителем. Чувствительность детектирования ограниченного количества газов данным методом находится на уровне 1 млрд-1, а быстродействие составляет менее 1 с. Для анализа требуется малый объем анализируемой газовой смеси 1-10 мл. Данный метод не чувствителен к со2, со, н2о, этанолу и органо- нитратам. С его помощью можно регистрировать динамику выделения веществ в масштабе реального времени за счет высокого быстродействия и малого объема необходимого для регистрации газовой смеси. Поэтому нет необходимости использовать емкость для сбора газа, что дает большую чувствительность и воспроизводимость [13]. Недостатки ХС. Среди летучих соединений в ВВ может оказаться несколько веществ, которые могут вступать в реакцию с газом -реагентом, сопровождающуюся эмиссией фотонов, и, таким образом, искажать регистрируемый сигнал. Невозможно применять ХС для одновременной регистрации любых других компонентов ВВ [14].
Электрохимические сенсорные методы (ЭХ) широко применяются в гастроэнтерологии для оценки уреазного дыхательного теста и наличия хе-ликобактерной инвазии.
В проблеме анализа состава ВВ важное значение приобретает вопрос о ее выраженном влиянии на процессы газообмена, газообразования в ЖКТ. Поэтому исследования вещественного состава ВВ важны в плане выяснения их возможностей для диагностики хеликобактерной инфекции. В 1983 г. австралийским ученным B.J. Marshall и J.R. Warren одними из первых удалось выделить и культивировать H pylori [15]. Данный микроорганизм отличался выделением большого количества уреазы. Чтобы доказать, что эта бактерия была причиной развития гастритов и язв желудка и двенадцатиперстной кишки B.Marshall выпил чистую культуру, полученную от пациента с гастродуоденитом, содержащую 106 микроорганизмов. Первые признаки диспепсии появились через неделю, а на 10-й день у B. Marshall определялись все признаки гастрита, который был подтвержден эндоскопически и гистологически. В 2005 году Барри Маршалл и Робин Уоррен получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «За работы по изучению влияния бактерии на возникновение гастрита и язвы желудка и двенадцатиперстной кишки». Как только человечество осознало роль HP в развитии воспаления слизистой желудка и двенадцатиперстной кишки, появилась необходимость диагностики для своевременного обнаружения и лечения заболевания. Основными методами диагностики НР-ин-фекции являются: бактериологический, гистологический, биохимический (уреазный тест) методы [16]. Данные методы сопряжены с эндоскопическим исследованием и взятием биоптата, являются инвазивными и не подходят для частого повторного использования у больного [17]. В настоящее время "золотым диагностическим стандартом" является оценка уреазной активности биоптата, полученного при эндоскопическом исследовании. В вышеизложенном материале сделаны акценты на различные методы и оценки выдыхаемого воздуха, однако мы видим общую взаимосвязь метаболических продуктов в ВВ и функциональным состоянием организма человека в реально существующих воздействиях. Этим и определялась цель исследования.
Цель исследования: определить диагностический потенциал метода диоднолазерной спектрометрии выдыхаемого воздуха по спектральным характеристикам газообразных метаболитов при различных функциональных состояниях человека.
Участники исследования
В ГКБ им. В.М. Буянова обследовано 98 пациентов (добровольцев, давших информированное согласие) в возрасте от 19 до 78 лет (мужчин -- 59, женщин -- 39), проходящих курс лечения с различной патологией внутренних органов, находящихся.в удовлетворительном состоянии и без признаков декомпенсации хронических заболеваний. Были исследованы порции ВВ у 18 здоровых доноров (9 мужчин и 9 женщин в возрасте от 18 до 30 лет); у 27 пациентов (15 мужчин и 12 женщин в возрасте от 24 до 53 лет) с язвенной болезнью в фазе обострения (ЯБ об) без учета локализации, но с доказанной инвазией H.pylori в гастробиоптатах; у 31 пациента (21 мужчин и 10 женщин в возрасте от 28 до 78 лет) с язвенной болезнью в фазе ремиссии (ЯБ рем), с постъязвенными рубцовыми изменениями и симптомами гастродуоденита ;у 25 пациентов (16 мужчин и 9 женщин в возрасте от 35 до 62 лет) с субкомпенсированным циррозом печени (ЦП) класса В и С по Чайлд-Пью. Исследования проб выдыхаемого воздуха проводились при различных функциональных состояниях пациентов -- в покое (натощак), при небольшой физической нагрузке до достижения ЧСС 140 уд/мин, в периоде восстановления, а также при пищевой нагрузке (смесь аминокислот) и нагрузке карбамидом. Причем, на начальном этапе работы были проведены исследования однократных проб ВВ у 70 человек (37 мужчин и 33 женщин) в возрасте от 18 до 78 лет с различной патологией внутренних органов, находящихся в фазе ремиссии заболеваний и адаптированного покоя обследуемых.
Методы исследования
Газоанализ проб ВВ (12СО2, 13СО2, СП-і, NH3, H2S) определялся на опытно конструкторской разработке диодно-лазерного спектрометра, выполненного в ИОФ РАН им. А.М. Прохорова. В установке используются перестраиваемые диодные лазеры (инжекционные полупроводниковые лазеры), работающие в ближнем ИК-диапазоне и обладающие высокой степенью монохроматичности (Av/v~10-7 ). За счет накачки током диодного лазера импульсом с длительностью 1-5 мс происходит сканирование излучения по частоте. Это позволяет прописать полосу поглощения молекул. В этом диапазоне располагаются молекулярные полосы поглощения, образуемые составными колебаниями и обертонами основных молекулярных переходов (табл. 1).
Таблица 1.Квантовая идентификация спектральных линий на основе данных из базы HITRAN-2012 [18]
|
Мол |
12CO2 |
13CO2 |
H2S |
CH4 |
*NH3 |
H2O |
*NH3 |
|
|
v ,см-1 |
6233,1829 |
6233,7708 |
6233,9633 |
6057,0996 |
6612,6725 |
6612,0341 |
6612,7258 |
Где v - волновое число перехода; *НН3-мультиплетная структура, представлены сильные линии мультиплета.
Динамическую оценку функционального состояния пациентов контролировали общепринятыми методами, применяемыми в клинико-физиологических исследованиях (АД, ЧСС по пульсоксиметру, ЧДД и др.). В связи с малой изученностью динамики газов ВВ при выполнении нагрузочных тестов нами проведены у 28 пациентов тесты: а) с дозированной физической нагрузкой в виде приседаний до достижения ЧСС 140 уд/мин, б) через 30 минут после пероральной пищевой нагрузки с аминокислотами, применяемыми в качестве зондового питания у больных с гастроэнтерологической патологией и в) после нагрузки карбамидом (стандартный уреазный тест).
На рисунках, представленных в работе, приведены расчетные значения средних величин и ошибки их средних, подлученных с использованием статистических вычислительных ресурсов программы Excel из пакета MicrosoftOffice.
Результаты
Были проведены исследования всех пациентов, разделенных на группы в зависимости от состояния патологических процессов в них на предмет оценки вещественного состава их выдыхаемого воздуха, как качественно так и количественно.
Характер поведения содержания исследуемых веществ в ВВ, в их совокупности и взаимосвязях, и его закономерности оценить затруднительно без применения специальных аналитических подходов, например, нейросетевого метода анализа многопризнаковых данных [19]. Вместе с тем обнаруживается ряд феноменов в поведении отдельных, регистрируемых в ВВ веществ, свойственных той или иной патологии. В работе сделан акцент на описание обнаруженных феноменов в поведении отдельных веществ, появление которых обусловлено патологическими процессами в организме пациентов и определяющих их состояние.
Феномен, связанный с выведением CO2 в ВВ, при проведении карбамидного дыхательного теста. Проведение дыхательного теста с карбамидом, за счет его разложения на NH3 и CO2 под воздействием уреазы, предусматривал контроль выделяющегося аммиака, в соответствии с химической реакцией:
Стандартное время проведения такого уреазного дыхательного теста составляет 9 минут с момента перорального приема карбамида, проводимого общепринятым электрохимическим способом, то есть, за время исследования контролируется концентрация NH3 ВВ в конце девятой минуты исследования. Причем, при проведении этого теста не предусмотрен контроль уровня СО2в ВВ.
Рисунок 1. Изменение концентрации СО2 в ВВ после приема раствора стандартной дозы карбамида (500 мг) в течение часа у здоровых доноров (красная кривая), у пациентов с ЯБ об (зеленая кривая) и ЯБ рем (голубая кривая) и с ЦП в фазе субкомпенсации (синяя кривая)
Нами впервые получены данные, представленные на рисунке 1, которые отражают динамику содержания СО2 в ВВ в течение часа после приема стандартной дозы карбамида. Из приведенного рисунка видно, что наиболее значительные изменения проявляются у больных с субкомпенсированным ЦП по сравнению с другими обследуемыми пациентами. Вероятнее всего, это связано с нарушением метаболической функции у пациентов с ЦП.
Данные о характере изменения концентрации СН4 в ВВ у пациентов с различной патологией при проведении теста с карбамидом в динамике через 10, 30 и 55 минут после перорального приема приведены на рисунке 2.
Рисунок 2. Изменение концентрации метана в ВВ после приема карбамида (500 мг) у здоровых доноров (красная кривая), у пациентов с ЯБрем (зеленая кривая) и с ЦП (синяя кривая)
Рисунок 3. Изменение концентрации аммиака в ВВ после приема раствора стандартной дозы карбамида (500 мг) в течение часа у здоровых доноров (синяя кривая), у пациентов с ЯБ об (зеленая кривая), ЯБрем (красная кривая) и с ЦП в фазе субкомпенсации (фиолетовая кривая)
У больных ЯБ об кривая продолжает расти и после 30 мин. У больных ЯБ рем кривая динамики NH3 в ВВ также нарастает, но менее значимо и сравнимо с кривой динамики NH3 ВВ у здоровых доноров, что также подтверждает эндоскопическую ремиссию язвенной болезни. Данных о содержании аммиака в ВВ, превышающие 9- минутный отрезок времени после приема карбамида, в литературе не встречается. Поэтому мы проследили динамику выведения аммиака из организа в ВВ в течение одного часа исследования (рис.3), при котором получены следующие закономерности. У здоровых лиц выведение аммиака к 10 минуте после приема карбамида выявляет значительное увеличение концентрации свыше 140% от исходного. Это согласуется с показателями NH3 стандартного уреазного теста. Такая же закономерность прослеживается у пациентов с ЯБ рем. Эту особенность можно объяснить невысокой хеликобактерной активностью в гастродуоденальном сегменте ЖКТ. У больных с ЯБ об к 10 минуте концентрация аммиака повышается более чем на 180% от исходного уровня и далее стремится выйти на плато на уровне 260-280 процентов от исходного уровня. Это обусловлено повышенной хеликобактерной активностью, подтверждаемой гистоморфологическим исследованием биоптатов слизистой желудка. У больных ЦП в фазе субкомпенсации также выявляется нарастание концентрациии аммиака вплоть до 30 минуты после приема карбамида, более чем на 270% от исходного уровня, с последующим существенным снижением уровня NH3 к 55 минуте, приближаясь к уровню здоровых. Выявляемая особенность выведения аммиака в ВВ отражает нарушение дезаминирующей функции печени и не связана с хелико- бактерной активностью.
Как видно из приведенного рисунка 5, значения концентраций NH3b порциях ВВ существенно различаются между практически здоровыми лицами (см. рис. 4) и пациентами с ЯБ об, у которых значения NH3 в покое, после физической нагрузки и в восстановительном периоде после нагрузки превышали норму более чем в 6 раз. Причем, при пищевой нагрузке у пациентов с ЯБ об уровень NH3 увеличивался в 2,5 раза по сравнению со здоровыми. У пациентов с ЯБ рем исходный уровень аммиака в ВВ также превышает показатель нормы почти в 3 раза, но существенно ниже сравниваемых параметров у пациентов с ЯБ об. При этом определялась монотонность содержания NH3 ВВ в различные фазы физиологического состояния как у больных с обострением ЯБ, так и в фазе ремиссии, что указывало на наличие метаболических сдвигов при ЯБ в отличие от здоровых.
Рисунок 5. Изменение концентрация аммиака в ВВ у пациентов: с ЯБ в фазе обострения и пациентов с ЯБ в фазе ремиссии при пробе с физической нагрузкой и при пищевой нагрузке
Для случая с ЦП данные по содержанию аммиака в ВВ в графическом виде представлены на рисунке 6. Из данного рисунка видно, что концентрация NH3 у пациентов с субкомпенсированным ЦП циррозом печени значительно превышают аналотельствовать о нарушении дезаминирующей функции печени при циррозе.
Рисунок 6. Изменение концентрация аммиака в ВВ: у здоровых доноров и у пациентов с циррозом печени в фазе субкомпенсации (комплект правых столбцов)
В отношении H2S в ВВ следует отметить, что в популяции обследованных пациентов в 93% случаев этот биомаркер имел низкий уровень концентраций (в диапазоне 0,002 - 0, 005 ppm), и лишь в 7% процентов случаев B2S определялся с превышением на порядок указанного диапазона. Вероятно это было обусловлено наличием хронически протекающих воспалительных процессов орофарингеальной зоны или дыхательных путей (хронический парадонтит, хронический тонзилит, бронхоэктатическая болезнь). Для большей достоверности всех данных, получаемых на основе применения нового методического подхода к анализу состава выдыхаемого воздуха, представлялось важным сопоставить некоторые данные, получаемые как методом ДЛС так и стандартным уреазным дыхательным тестом. На рисунке 7 представлены данные концентрации ам-миакака в ВВ при выполнении нагрузки карбамидом у больных с ЯБ об у пациентов с ЯБ рем на 9ой минуте исследования. Это сравнение показывает, что концентрация выдыхаемого аммиака после приема карбамида значительно выше при измерении методом ДЛС, чем при проведении аналогичных исследований при стандартном уреазном дыхательном тесте. У пациентов с ЯБ данными стандартного уреазного теста - способа, широко применяемого в медицинской практике для оценки хеликобактерной инвазии. Концентрация аммиака в выдыхаемом воздухе совпадает сданными стандартного уреазного теста - способа, широко применяемого в медицинской практике для оценки хеликобактерной инвазии.
Рисунок 7. Сравнение концентрации NH3 в ВВ воздухе натощак и на 9 мин после приема раствора стандартной дозы карбамида у пациентов с ЯБ об и ЯБрем, измеренных методами ДЛС и дыхательным уреазным тестом.
По оси ординат «Изменение концентрации аммиака ( в относительных единицах, процентах) откладывается концентрация аммиака нормированная по отношению к исходным значениям концентраций этого вещества у всех пациентов до применения ими карбамида, которые условно принимались за 100%..
На данном рисунке слева представлена триада столбцов, отражающих уровень концентрации аммиака в ВВ: 1-ый столбец - исходный уровень аммиака у пациентов до и в конце 9-ой минуты после приема карбамида, 2-ой столбец - у пациентов с ЯБ об, а 3 -ий столбец - для пациентов с ЯБ рем. У тех же пациентов зафиксированы такие же параметры во время проведения стандартного дыхательного уреазного теста. Из приведенных данных видно, что они имеют одинаковую закономерность. Некоторые количественные различия обусловлены неоднородностью измеряемых величин в двух разных способах, сопоставление которых стало возможным за счет нормировки по их исходным уровням. Факт соответствия данных для больных с ЯБ об и пациентов с ЯБ рем, полученных как методом стандартного дыхательного уреазного теста, так и методом ДЛС имеет принципиально важное значение для подтверждения степени хеликобактерной активности в гастродуоденальном сегменте ЖКТ.
Заключение
Метод ДЛС в разных вариантах его реализации в настоящее время начал широко внедряться в практику исследований, связанных с определением сверхнизких концентраций различных молекул в составе газовых смесей.
Из проведенного исследования выявлено, что ДЛС молекул ВВ, является инновационным объективным качественным и количественным методом диагностики метаболических нарушений в организме человека. для идентификации молекул ВВ является инновационным объективным качественно количественным методом диагностики метаболических нарушений в организме человека.. Выявлена также тесная взаимосвязь между процессами, происходящими в системе пищеварения, ме- таболизации продуктов всасывания из кишечника в печени и газами ВВ.
По результатам исследований можно отметить следующее.
1. Определение биомаркеров в ВВ методом ДЛС характеризует своеобразный «метаболический профиль» и подтверждает закономерную связь выявляемых биомаркеров с метаболическими процессами, происходящими в организме в зависимости от функционального состояния (покой, физическая или пищевая нагрузка).
2. Физическая и пищевая нагрузка, а также тест с карбамидом закономерно увеличивает содержание 12СО2 в ВВ в соответствии с «метаболическим профилем».
3. Содержание изотопического («тяжелого») 13СО2 в выдыхаемом воздухе четко коррелирует с концентрацией 12СО2 и функциональным состоянием желудочного пищеварения после приема пищи при заболеваниях ЖКТ.
4. Выявляемый в ВВ биомаркер СН4 по происхождению является кишечным газом, образующемся вследствие «метанового брожения», содержание которого при нагрузке карбамидом сначала нарастает (к 30-й мин.), а затем возвращается к исходному уровню у здоровых доноров, а у пациентов с ЯБ рем этот биомаркер продолжает тенденцию к дальнейшему нарастанию, в то время, как у пациентов с ЦП в фазе субкомпенсации уровень метана существенно снижается. При физической нагрузке в ВВ этих групп пациентов наблюдается существенное снижение уровня СН4. по сравнению с исходным.
5. У больных с заболеваниями ЖКТ выявлено увеличение концентрации NH3 натощак по сравнению со здоровыми донорами (в 6 раз у пациентов с ЯБ об, и в 2 раза у пациентов с ЯБ рем). Это позволяет использовать данный метод для оценки состояний ремиссии или обострения ЯБ.
6. Метод ДЛС по сравнительному анализу содержания NH3 в ВВ при нагрузке карбамидом показал превосходство над дыхательным уреазным тестом по чувствительности (почти в 2 раза), а именно:
а) у пациентов с доказанной инфицированностью H. pylori отмечено увеличение концентрации NH3 в 2 раза относительно исходной концентрации после приема стандартной дозы карбамида.
б) у пациентов с ЯБ рем о после приема карбамида наблюдается незначительное увеличение концентрации NH3 в пределах погрешности при одновременном увеличении продукции CH4 (что, вероятно связано с биостимулирующей функцией карбамида на метанообразующие бактерии).
7. Полученные методом ДЛС данные показывают его перспективность с диагностической и прогностической значимостью в скрининговых и клинико-функциональных исследованиях.
В практическом плане для клинико-физиологических исследований в медицинской практике целесообразно выделить следующие позиции.
? Проведенное исследование доказывает диагностическую значимость изучения биомаркеров ВВ при различных функциональных состояниях человека, не требующих специальной подготовки и условий проведения исследования: в покое (натощак) и при различных нагрузках (физическая нагрузка, пищевая нагрузка, нагрузка карбамидом).
? Разработанное в ИОФ РАН устройство для ДЛС биомаркеров ВВ обладает уникальными свойствами: неинвазивностью и простотой проведения обследования; многокомпонентностью одновременного газоанализа нескольких биомаркеров ВВ; высокой чувствительностью к компонентам ВВ; мобильностью, позволяющей проводить исследования в различных условиях повседневной жизни, что важно для мониторингового и скринингового наблюдения. Последнее характеризует данный метод как инновационный и высокотехнологичный.
? Применение газоанализа биомаркеров ВВ позволяет использовать метод ДЛС, как для динамического контроля лечения, так и для скрининговой диагностики скрыто протекающих заболеваний ЖКТ по выявлению «групп риска» с целью более детального обследования для уточнения патологии.
Литература
диодный лазерный спектрометрия метаболит газообразный
I. Копылов Ф.Ю., Сыркин А.Л., Чомахидзе П.Ш., Быкова А.А., Шалтаева Ю.Р., Беляков В.В., Першенков В.С., Самотаев Н.Н., Головин А.В., Васильев В. К. etal Перспективы диагностики различных заболеваний по составу выдыхаемого воздуха. //Клиническая медицина 2013(10):16-21.
2.. Kuznetzov A. I., Moskalenko K. L., Nadezhdinskii A. I., Stepanov E. V. Sensorbasedontunablediodelasersandmid-ir-fiberopticandtheirdiagnosticapplicationsinmedicineandenviromentalprotection. //Journaldephysique 1991, IV(1):253.
3, Moskalenko K. L., Nadezhdinskii A. I., Stepanov E. V. Tunablediodelaserspectroscopyapplicationforammoniaandmethancontentmeasurementsinhumanbreath. //Proc SPIE 1994(2205):448-452.
4. Moskalenko K. L., Sobolev N. Y., Adamovskay A., Nadezhdinskii A. I., Stepanov E. V., McKenna, Lawior S. Tunablediodelasersapplicationforfullyautomatedabsolutemeadurementsof CO and CO2 concentrationsinhumanbreath.//ProcSPIE
1994(2205):440-447.
5 . Михайлов С. С. Биохимия двигательной деятельности, 6 edn; 2016; 296.
6. Козлов В. А. Метаболизм кишечных газов и его роль в возникновении гастроинтестинальных симптомов. //Украинський медичний часопис 2011,
2, (82); 116-118.
7. Ивашкин В. Т., Лапшин А. В., Степанов Е. В., Миляев В. А., Баранская Е. К., Никитина Е. И., Склянская О. А. Лазерный анализ изотопического отношения углерода 13С/12С в выдыхаемом воздухе в диагностике и терапии H. pylori - ассоциированных заболеваний. //Российская академия наук труды института общей физики им А М Прохорова 2005, 61:253-277.
8. Степанов Е. В. Определение изотопического отношения углерода 13С/12С в выдыхаемой двуокиси углерода методами диодной лазерной спектроскопии. //Российская академия наук труды института общей физики им А М Прохорова 2005, 61:211-253.
9. Дмитриенко М. А. Диагностические дыхательные тесты в медицине. //Практическая медицина 2014(1):192-200.
10. Вакс В. Л., Домрачев Е. Г., Собакинская Е. А., Черняева М. Б. Анализ выдыхаемого воздуха: физические методы, приборы и медицинская диагностика. //Успехи физических наук 2014, 184(7):739-758.
11. Лебедев А. Т. Масс-спектрометрия для анализа объектов окружающей среды, Москва: Техносфера; 2013; 632.
12. Тараканов С. А., Подольский М. Д., Трифонов А. А., Гайдуков В. С. Анализ состава выдыхаемого человекам воздуха для диагностики галитоза.//Инженерныйвестник Дона 2013 (4)http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y 2013/2058 (дата обращения: 25.02.2017).
13. Степанов Е.В. Методы высокочувствительного газового анализа молекул-биомаркеров в исследованиях выдыхаемого воздуха. //Российская академия наук труды института общей физики.
14. Степанов Е. В. Диодная лазерная спектроскопия и анализ молекул-биомаркеров., Москва: Физматлит; 2009; 416.им А М Прохорова 2005, 61:47.
15. Marshall B. J., Warren J. R. Unidentifiedcurvedbacilliinthestomachofpatientswithgastritisandpepticulceration. //Lancet 1984, 1(8390):1311- 1315.
16. Miftahussurur M., Yamaoka Y. Diagnostic MethodsofHelicobacterpyloriInfectionforEpidemiologicalStudies: CriticalImportanceofIndirectTestValidation.//BioMedresearch international, 2016/:48/19/423.
17. Adu-Aryee N. A., Aabakken L., Dedey F., Nsaful J., Kudzi W. ComparisonofendoscopicbaseddiagnosiswithHelicobacterureasetestforHelicobacterpyloriinfection. //BMC researchnotes2016, 9(1):421.
18. Rothman L. S. HITRAN. In.developedattheAtomicandMolecularPhysicsDivision, Harvard- SmithsonianCenterforAstrophysics; 2014.
19. Карабиненко А.А., Петренко Ю.М., Сторожаков Г.И., Широхова Н.М. «Новый класс явлений, определяемых при нейросетевом анализе многопризнаковых данных у больных с воспалительными заболеваниями легких» // Вестник РАМН, №1-2, 2014, с.69-74.
20. Румянцев В.Г. Кишечные газы и связанные с ними клинические проблемы Доказатедьная гастроэнтерология 2013, 4, с.34-38.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Функциональные резервы человека и их влияние на них разных факторов. Оценка функциональных резервов сердечно-сосудистой системы студентов ТувГУ по показателю эффективности кровообращения. Понятие работоспособности и влияние на нее различных факторов.
курсовая работа [87,2 K], добавлен 17.06.2015Общая характеристика лазерной терапии, ее методики и их применение в различных областях медицины: акушерство и гинекология, дерматология, заболевания опорно-двигательного аппарата и пищеварительной системы, кардиология, неврология, хирургия и другие.
статья [89,3 K], добавлен 13.01.2011Классификация и гигиеническая характеристика физических факторов воздушной среды. Влияние комплекса метеорологических факторов на организм человека. Принципы гигиенического нормирования и оценка микроклимата помещений. Анализ степени ионизации воздуха.
реферат [27,4 K], добавлен 25.12.2010Рассмотрение изменений количества эритроцитов, тромбоцитов, скорости оседания крови при различных состояниях организма. Изучение изменений крови на примере острой пневмонии. Сравнительный анализ показателей заболеваемости болезнями органов дыхания детей.
дипломная работа [144,5 K], добавлен 25.07.2015Общая схема диагностики и специальные исследования при галитозе. Тесты для самостоятельного органолептического определения запаха выдыхаемого воздуха и налета на языке. Диагностика наличия и выраженности галитоза в клинических и лабораторных условиях.
реферат [2,4 M], добавлен 27.03.2009Основные характеристики и физико-химические свойства. Действие лекарственного средства на организм человека. Изолирование данного вещества из водного раствора методами твердофазной и жидкость-жидкостной экстракции. Выбор способа дериватизации баклофена.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 28.11.2013Угрожающие состояния в педиатрии. Осмотр при угрожающих состояниях. Декомпенсация жизненно-важных функций организма ребенка. Виды остановки кровообращения. Клинические проявления угрожающих состояний. Неотложная помощь при угрожающих состояниях.
курсовая работа [80,8 K], добавлен 10.07.2015Понятие внешнего дыхания. Вентиляция альвеол конвективным путем при физической работе. Факторы, способствующие диффузии газов в легких. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Адаптация дыхательной системы при физической нагрузке.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 10.12.2009Характеристика возможностей и случаев применения лазерной терапии. Суть лазеропунктуры – метода пунктурной физиотерапии, заключающегося в воздействии на точки акупунктуры низкоэнергетическим лазерным излучением. Иглорефлексотерапия и электропунктура.
реферат [17,3 K], добавлен 18.04.2011Функции дыхательного аппарата. Сужение просвета бронхов как причина роста сопротивления потоку воздуха в бронхах. Реструктивный тип дыхательной недостаточности. Основные пути устранения бронхоспазма. Особенности искусственной вентиляции легких у детей.
презентация [271,2 K], добавлен 03.04.2015Негативное влияние курения на внутренние органы человека. Прямое повреждающее действие токсинов и токсических метаболитов на поджелудочную железу. Курение и алкоголь как решающие факторы, подпитывающие воспалительный процесс поджелудочной железы.
презентация [126,5 K], добавлен 31.10.2011Неотложная помощь при критических состояниях во физиопульмонологии. Бронхоспазм и бронхоастматическое состояние. Массивная легочная эмболия. Респираторный дистресс-синдром. Современные средства кислородо- и аэрозолетерапии при критических состояниях.
методичка [34,0 K], добавлен 03.05.2009Диагностическая и прогностическая ценность для анестезиолога-реаниматолога сведений об интенсивности энергетического обмена и качественных изменениях у пациентов. Углеводный, жировой и белковый обмен, восполнение энергии при постагрессивных состояниях.
реферат [18,8 K], добавлен 28.09.2009Технология лечения периферических витреохориоретинальных дистрофий. Факторы риска развития регматогенной отслойки сетчатки. Абсолютные и относительные показания к лазерной коагуляции сетчатки. Усовершенствованы методики проведения лазерной коагуляции.
реферат [356,7 K], добавлен 04.07.2015Гигиеническое значение физических свойств воздуха. Гигиеническая оценка микроклиматических условий в стерилизационной по комплексу физических показателей воздуха. Гигиенические требование к естественной и искусственной вентиляции аптечных учреждений.
контрольная работа [27,8 K], добавлен 18.05.2016Понятие и сущность ионизации воздуха, механизм данного процесса. Таблица сравнительных концентраций отрицательных аэроионов в воздухе различных местностей. Принцип работы аэроионизатора, механизмы физиологического действия аэроионов на организм человека.
доклад [1,6 M], добавлен 12.01.2012Проведение срочных мероприятий на всех этапах оказания медицинской помощи при неотложных состояниях, угрожающих жизни и здоровью пациента. Порядок оказания помощи при кровотечениях, переломах, термических поражениях, солнечных и тепловых ударах.
методичка [62,2 K], добавлен 17.04.2016Определение роли гигиены атмосферного воздуха, воздушной среды, климата и погоды в профилактике донозологических состояний и обострений болезней человека. Метеопрофилактика и осуществление медицинского климатического районирования Республики Беларусь.
реферат [84,6 K], добавлен 22.08.2011Состояние иммунной системы человека в норме и при различных патологиях, а также анализ основных факторов, влияющих на нее. Особенности формирования и состояние иммунной системы на примере патологии вирусных гепатитов В, С. Программа и итоги исследований.
курсовая работа [55,7 K], добавлен 20.12.2015Оценка риска для здоровья человека. Характеристика вредных эффектов, способных развиться в результате воздействия факторов окружающей среды на группу людей. Передача информации о риске. Анализ продолжительности воздействия факторов риска на человека.
презентация [211,5 K], добавлен 01.10.2014
