CC BY
19A.A. Karabinenko13, Yu.M. Petrenko1, L. Yu. Ilichenko1, A.I. Nadezhdinsky2,
Ya. Ya. Ponurovsky2, E.D. Presnova1, I. G.Nikitin1
А.А. Карабиненко 13, Ю.М. Петренко1, Л.Ю.Ильченко 1, А.И Надеждинский.2,
Я.ЯПонуровский.2, Е.Д. Преснова1, И.Г.Никитин 1
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
ФЕНОМЕНЫ, ОБНАРУЖИВАЕМЫЕ МЕТОДОМ ДИОДНО-ЛАЗЕРНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ ГАЗООБРАЗНЫХ МЕТАБОЛИТОВ ВЫДЫХАЕМОГО ВОЗДУХА ЧЕЛОВЕКА ПРИ ЕГО РАЗЛИЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЯХ
Abstrakt
Objective: to determine the diagnostic potential of the method of diode-laser spectrometry (DLS) of exhaled air from the spectral characteristics of gaseous metabolites in different functional states of 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), undergoing treatment with various pathologies of internal organs in a satisfactory condition and without signs of decompensation of chronic diseases. The studies were carried out at various functional states of patients - at rest, with low physical exertion to achieve a heart rate of 140 beats / min, in the recovery period, as well as with nutritional loads.Gas analysis of the samples of gaseous metabolites (12CO2, 13CO2, CH4, NH3, H2S) was perform on the experimental design of a diode laser 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 molecules in the samples were obtained. It is shown that the effect of load factors significantly changed 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 phenomena that are characteristic of a particular functional state in this or that pathology. The paper discusses the phenomena obtained, interprets possible causes in the body systems that reflect them.
Key words: exhaled air, biomarkers, diode laser spectrometry
Аннотация
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, CH4, 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, СН4 - 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.
Введение
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: регургитирую-щая функция желудочного содержимого при некоторых его функциональных нарушениях, наличие в слизистой желудка бактерий Helicobacter pylori (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 метанообра-зующих 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 (12СО2) - 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 изотопомеров 13СО2 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].
Электро-химические сенсоры (ЭХ) применяются в настоящее время для регистрации неорганических газообразных молекул типа О2, СО, СО2, N0, N02, ^ 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, O3. 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 диодно- лазерной спектрометрии выдыхаемого воздуха по спектральным характеристикам газообразных метаболитов при различных функциональных состояниях человека.
Участники исследования В ГКБ им. В.М. Буянова обследовално 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, находя-щихся.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 Н.ру1оп 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, СЩ :ЫНз, определялся на опытно конструкторской разработке диодно-лазерного спектрометра, выпол-
ненного 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).
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
Таблица 1.
Квантовая идентификация спектральных линий на основе данных из базы ШТЯА^2012 [18]
Где V - волновое число перехода; *МИз-мультиплетная структура, представлены сильные линии мульти-плета.
Динамическую оценку функционального состояния пациентов контролировали общепринятыми методами, применяемыми в клинико-физио-логических исследованиях (АД, ЧСС по пульсокси-метру, 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 Microsoft Office.
Результаты
Были проведены исследования всех пациентов, разделенных на группы в зависимости от со-
стояния 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 С02 в ВВ, при проведении карбамидного дыхательного теста. Проведение дыхательного теста с карбамидом, за счет его разложения на МН3 и С02 под воздействием уреазы, предусматривал контроль выделяющегося аммиака, в соответствии с химической реакцией:
+н о
2
NH -CO-NH -► 2NH + СО
2 2 уреаза з г
Стандартное время проведения такого уре-азного дыхательного теста составляет 9 минут с момента перорального приема карбамида, проводимого общепринятым электрохимическим способом, то есть, за время исследования контролируется
концентрация КН3 ВВ в конце девятой минуты исследования. Причем, при проведении этого теста не предусмотрен контроль уровня СО2 в 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 дугими обследуемыми пациентами. Вероятнее всего, это связано с нарушением метаболической функции у пациентов с ЦП.
Данные о хактере 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 ЯБ рем (зеленая кривая) и с ЦП (синяя кривая)
На рисунке 2 видно, что содержание метана в ВВ различно в зависимости от характера патологического процесса по сравнению со здоровыми. У здоровых на 10 и 30 минутах происходит умеренное повышение уровня метана и его снижение до исходного уровня к 55 минуте. У больных с ЯБ рем наблюдается измененная кривая с небольшим снижением к 10 минуте, а затем неуклонное повышение с достижением максимума к 55 минуте. Это можно объяснить активизацией метанообразую-щих бактерий в ЖКТ под воздействием карбамида.
У больных с компенсированным ЦП кривая концентрации метана в ВВ к 10-й и 30-й минуте увеличивалась, а затем наблюдалось существенное снижение ее концентрации, которая уменьшалась на 40% от исходной. Это косвенно характеризует нарушение детоксикационной функции печени или связано с активизацией портального сброса крови в венозную систему.
Концентрации МЫН3 в ВВ в динамике при разных патологиях представлены на рисунке 3.
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), ЯБ рем (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 КН3 в ВВ также нарастает, но менее значимо и сравнимо с кривой динамики МЫН3 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 МЫН3 стандартного уреазного теста. Такая же закономерность прослеживается у пациентов с ЯБ рем. Эту особенность можно объяснить невысокой хеликобактерной активностью в га-стродуоденальном 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 МН3 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 МЫН3в порциях ВВ существенно различаются между практически здоровыми лицами (см. рис. 4) и пациентами с ЯБ об, у которых значения МЫН3 в покое, после физической нагрузки и в востановительном периоде после нагрузки превышали норму более чем в 6 раз. Причем, припи-щевой нагрузкеу пациентов с ЯБ об уровень МЫН3
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 КН3 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 КН3 у пациентов с субкомпенсированным ЦП циррозом печени значительно превышают аналогичные показатели у здоровых. Это может свиде-
тельствовать о нарушении дезаминирующей функции печени при циррозе. Важно, что для больных с циррозом печени концентрация аммиака носила монотонный характер, однако имела меньшие значения, чем у больных с обострением язвенной болезни (см. рис. 5).
Рисунок 6. Изменение концентрация аммиака в ВВ: у здоровых доноров и у пациентов с циррозом печени в фазе субкомпенсации (комплект правых столбцов)
В отношении Н^ в ВВ следует отметить, что в популяции обследованных пациентов в 93% случаев этот биомаркер имел низкий уровень концентраций (в диапазоне 0,002 - 0, 005 ррт), и лишь в 7% процентов случаев Н2S определялся с превышением на порядок указанного диапазона. Вероятно это было обусловлено наличием хронически протекающих воспалительных процессов орофаринге-альной зоны или дыхательных путей (хронический парадонтит, хронический тонзилит, бронхоэктати-ческая 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 9-ой минуте исследования. Это сравнение показывает, что концентрация выдыхаемого аммиака после приема карбамида значительно выше при изме-
рении методом ДЛС, чем при проведении аналогичных исследований при стандартном уреазном дыхательном тесте. У пациентов с ЯБ рем концентрация аммиака в выдыхаемом воздухе совпадает с
данными стандартного уреазного теста - способа, широко применяемого в медицинской практике для оценки хеликобактерной инвазии.
О Этапы
12 3 12 3
Рисунок 7. Сравнение концентрации NHз в ВВ воздухе натощак и на 9 мин после приема раствора стандартной дозы карбамида у пациентов с ЯБ об и ЯБ рем, 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 сравнениию 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 инфицированно-стью 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 кли-нико-функциональных исследованиях.
В практическом плане для клинико-физиоло-гических 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
I. Копылов Ф. Ю., Сыркин А. Л., Чомахидзе П. Ш., Быкова А. А., Шалтаева Ю. Р., Беляков В. В., Першенков В. С., Самотаев H. Н., Головин А. В., Васильев В. К. et al Перспективы диагностики различных заболеваний по составу выдыхаемого воздуха. ИКлиническая медицина 2013(10):16-21.
2.. Kuznetzov A. I., Moskalenko K. L., Nadezhdinskii A. I., Stepanov E. V. Sensor based on tunable diode lasers and mid-ir-fiber optic and their diagnostic applications in medicine and enviromental protection. IIJournal de physique 1991, IV(1):253.
3. Moskalenko K. L., Nadezhdinskii A. I., Ste-panov E. V. Tunable diode laser spectroscopy application for ammonia and methan content measurements in human breath. IIProc SPIE 1994(2205):44S-452.
4. Moskalenko K. L., Sobolev N. Y., Adamovskay
1. A., Nadezhdinskii A. I., Stepanov E. V., McKenna-Lawior S. Tunable diode lasers application for fully automated absolute meadurements of CO and CO2 concentrations in human breath. IIProc SPIE 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. IУкраинський медичний часопис 2011,
2, (S2); 116-11S.
7. Ивашкин В. Т., Лапшин А. В., Степанов E. В., Миляев В. А., Баранская E. К., Никитина E. И., Склянская О. А. Лазерный анализ изотопического отношения углерода 13С/12С в выдыхаемом воздухе в диагностике и терапии H. pylori - ассоциированных заболеваний. IРоссийская академия наук труды института общей физики им А М Прохорова 2005, 61:253-277.
5. Степанов E. В. Определение изотопического отношения углерода 13С/12С в выдыхаемой двуокиси углерода методами диодной лазерной спектроскопии. IРоссийская академия наук труды института общей физики им А М Прохорова 2005, 61:211-253.
9. Дмитриенко М. А. Диагностические дыхательные тесты в медицине. IПрактическая медицина 2014(1):192-200.
10. Вакс В. Л., Домрачев E. Г., Собакинская E. А., Черняева М. Б. Анализ выдыхаемого воздуха: физические методы, приборы и медицинская диагностика. IУспехи физических наук 2014, 1S4(7):739-75S.
II. 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. //Инженерный вестник Дона
2013 (4)http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4v 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. Unidentified curved bacilli in the stomach of patients with gastritis and peptic ulceration. //Lancet 1984, 1(8390):1311-1315.
16. Miftahussurur M., Yamaoka Y. Diagnostic Methods of Helicobacter pylori Infection for Epidemiological Studies: Critical Importance of Indirect Test Validation. //BioMed research
international, 2016/:48/19/423.
17. Adu-Aryee N. A., Aabakken L., Dedey F., Nsaful J., Kudzi W. Comparison of endoscopic based diagnosis with Helicobacter urease test for Helicobacter pylori infection. //BMC research notes 2016, 9(1):421.
18. Rothman L. S. HITRAN. In. developed at the Atomic and Molecular Physics Division, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; 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.
Martynyuk L.P.
PhD, associated professor of the department of emergency medicine, I. Horbachevsky Ternopil State Medical University
Shved M.I.
doctor of medicine, professor of the department of emergency medicine, I. Horbachevsky Ternopil State Medical University
Makarchuk N.R. aspirant of the department of emergency medicine, I. Horbachevsky Ternopil State Medical University
Chernetskyi V.I. the chief of the therapeutic department Zbarazkyi central district hospital
Мартинюк Л. П.
кандидат медичних наук, доцент кафедри HeeidKnadHoi та екстрено'1' медично'1' допомоги, Тернопшьський державний медичний ymiверситет iмeнi I. Я. Горбачевського
Швед М. I.
доктор медичних наук, професор нeвiдклaднoi та екстрено'1' медично'1' допомоги, Тернопшьський державний медичний ymiверситет iмeнi I. Я. Горбачевського
Макарчук Н. Р.
астрант кафедри нeвiдклaднoi та екстрено'1' медично'1' допомоги, Тернопшьський державний медичний ymiверситет iмeнi I. Я. Горбачевського
Чернецький В. I. зaвiдувaч терапевтичного вiддiлeння Збаразько'1' центральноi районно'1' комунально'1' лкарт
THE WAYS OF IMPROVEMENT OF THE LIFE QUALITY OF THE PATIENTS WITH
DIABETIC NEUROPATHY
ШЛЯХИ ПОКРАЩЕННЯ ЯКОСТ1 ЖИТТЯ ХВОРИХ З Д1АБЕТИЧНОЮ ПОЛШЕЙРОПАТ1СЮ
Summary: Diabetic neuropathy is one of the most frequent complications of diabetes, which significantly affects the quality of patients' life. The aim of the study was to increase the efficacy of treatment and improve the quality of life of patients with diabetic neuropathy by inclusion of keltican and polarizing light therapy into their standard treatment. 130 patients with type 2 diabetes and diabetic neuropathy were examined. Diabetics were compared into four groups depending on the used treatment program. The quality of life was established using the EQ-5D-3L questionnaire before treatment, after 12 days and 3 months after the therapy. Data were analyzed using "Statistika 10.0" The course of standard (protocol) treatment of patients with diabetic neuropathy led to positive changes of the physical, psychological, and social status. However, the analysis of the results of the questionnaire revealed a recurrence of symptoms of diabetic neuropathy in 3 months in these patients. Simultaneous inclusion keltican (a mixture of aminoacids) and polarizing light therapy into their standard treatment allowed not only to achieve immediate positive results, but also to save them for three months.
Kew words: diabetic neuropathy, quality of life, standart treatment, Keltican, polarizing light therapy.
