CC BY
15
Карасева Г.Т., Варзин С.А.
ВЫДЕЛЕНИЕ БОЛЬНЫХ ГАСТРОЭНТЕРОЛОГИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ
ПО ГАЗОВОМУ СОСТАВУ ВЫДЫХАЕМОГО ВОЗДУХА В ГРУППЫ РИСКА С ВОЗМОЖНЫМИ ХИРУРГИЧЕСКИМИ ОСЛОЖНЕНИЯМИ
СПбГУЗ «Покровская больница», Санкт-Петербург, £1кагане\аСфта\1.ги;
Санкт-Петербургский государственный университет, [email protected]
Целью работы было оценить возможности неинвазивного метода диагностики по анализу выдыхаемого пациентом воздуха (мультисенсорное исследование газового состава выдыхаемого воздуха) в выявлении групп риска хирургических осложнений у больных гастроэнтерологического профиля.
Исследованиями летучих веществ в выдыхаемом воздухе человека ученые занимаются более 100 лет. Данные о газовых компонентах, продуцируемых в результате обменных процессов, в организме человека сильно пополнились за последние десятилетия благодаря появлению новых высокочувствительных аналитических приборов и методов. В ходе метаболизма, клетки организма и микробиота выделяют широкий спектр неорганических газов и летучих органических соединений (ЛОС). Ранняя диагностика патологических состояний, основанная на анализе компонент выдыхаемого воздуха относится к группе неинвазивных, безопасных и безболезненных для пациента, экспресс-методов. При исследованиях газообмена человека наиболее актуален анализ следов газообразных веществ в выдыхаемом воздухе, так как анатомическое строение легких специально приспособлено для высокоэффективного обмена газами между воздухом и кровью. Поскольку в выдыхаемом воздухе присутствуют в следовых количествах как двухатомные молекулы (водород, окислы азота и углерода), так и многоатомные неорганические и летучие органические соединения особенно важным является их совместное и достоверное детектирование. Диагностически значимые концентрации определяемых компонент составляют от долей до десятков ppm. Для воспалительных процессов выделяемых газов особый интерес представляют летучие жирные кислоты. С одной стороны, в литературе нет сообщений о простом и быстром способе их обнаружения в выдыхаемом воздухе. Вместе с тем, их анализ в биологических пробах (стул, кровь) показан рядом исследователей. Наибольший интерес представляет одна из их многочисленных
функций в организме - способность организма подавлять пролиферацию раковых клеток.
Материалы: С помощью газоанализатора «Мультисенс» обследовано 216 человек. Из них 132 человека - пациенты ГУЗ «Покровская больница» и ГБУЗ Поликлиника № 4 с некоторыми заболеваниями органов брюшной полости; 84 человека (испытуемые) - здоровые курсанты ВМА им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург. Возраст пациентов варьировал от 17 до 87 лет. На основании литературного аналитического поиска основных групп летучих веществ, наиболее ярко отражающих метаболические сдвиги при патологических состояниях, мы для выбранных веществ специально подготовили сенсоры. В работе использован газоанализатор с полупроводниковыми сенсорами к трем группам газов: горючим газам (предельные углеводороды), газам-окислителям (оксиды азота, летучие карбоновые кислоты) и газам-восстановителям (спирты, амины, альдегиды). Используемые в конкретном исследовании методы подобраны таким образом, чтобы их аналитические возможности были адекватны решаемой диагностической задаче, ее специфике. Нами выделены следующие подходы, используемые при диагностике анализа состава выдыхаемого воздуха:
• регистрация процессов в реальном времени и проведение долговременного и непрерывного мониторинга;
• минимизация объема анализируемой пробы воздуха;
• отбор и анализ многократных проб для определения динамики выделения исследуемого соединения;
• одновременный анализ нескольких соединений;
• использование нагрузочной пробы (например: пищевой) с определением динамики выделения исследуемого соединения.
Основным критерием выбора метода обнаружения и регистрации таких газов является чувствительность и селективность используемых сенсоров.
По результатам исследования газового состава выдыхаемого воздуха все пациенты разделены на группы. После исследования газового состава выдыхаемого воздуха пациентам выполнялись стандартные лабораторные и инструментальные исследования. Группам присвоены идентификационные метки.
Математическая обработка данных сенсорного массива позволяет сформировать уникальный химический образ анализируемого вещества. Получены пороговые значения показаний сенсоров (табл.1).
969
Показатели Предельные углеводороды (Ci) Летучие жирные кислоты (С2) Спирты, альдегиды, амины (С3) PM
Пороговые значения >310 >620 >160 >755
С точки зрения доказательной медицины по выделенным пороговым значениям выявлены пациенты с риском хирургических осложнений (таблица 2).
Таблица 2. Пороговые значения сенсоров по выдыхаемому воздуху
Здоровые ХГ РЖ ЗОБП ЗЛ ЗПР Всего
L 310 1 : G 1:0 84 41 18 17 8 0 168
L 310 1 : Бол.310 0 6 22 7 3 10 48
L 310 1 : Total 84 47 40 24 11 10 216
L 160 3 : G 1:0 84 41 18 19 5 3 170
L 160 3 : Бол. 160 0 6 22 5 6 7 46
L 160 3 : Total 84 47 40 24 11 10 216
L 620 2 : G 1:0 84 41 15 16 6 2 164
L 620 2 : Бол.620 0 6 25 8 5 8 52
L 620 2 : Total 84 47 40 24 11 10 216
L 755 PM: G 1:0 84 40 15 17 6 0 162
L 755 PM: Бол.755 0 7 25 7 5 10 54
L 755 PM: Total 84 47 40 24 11 10 216
SU 12 34: Нет превыш. 84 38 8 12 4 0 146
SU 12 34: 1-2 0 3 9 7 3 1 23
SU 12 34: 3-4кр. 0 6 23 5 4 9 47
SU 12 34: Total 84 47 40 24 11 10 216
Результаты: Из 216 обследуемых пациентов превышение показаний сенсоров и математический преобразователь наблюдались в 70 случаях (32,4%), из них 23 пациента, у которых превышение наблюдалось по 1-2 сенсорам и 47 пациентов - превышение по 3-4 показателям.
Всем пациентам с превышением пороговых значений по 3-4 (также по 12) исследуемым показателям показано выполнение фиброгастродуоденоскопии (ФГДС), в необходимых случаях с биопсией и морфологическим исследованием и определением Helicobacter pylori.
Вывод: Оценивая литературные данные по применению различных методов высокочувствительного детектирования газообразных молекул-биомаркеров в выдыхаемом воздухе, можно сделать вывод, что инструментальный анализ
следов газообразных соединений в выдыхаемом воздухе является актуальным и перспективным подходом для развития новых методов диагностики в биомедицине. Молекулы-биомаркеры в выдыхаемом воздухе, закономерности их образования, выделения достаточно четко связаны с нормальными и патологическими процессами, протекающими в организме. По нашим данным можно выделить риск желудочного онкогенеза и своевременно направить обследованного к эндоскописту. Прибор «Мультисенс» принципиально может быть использован как в амбулаторных лечебно-профилактических учреждениях, так и в условиях стационара, как для диагностики заболеваний, так и для контроля проводимой терапии.
Список литературы:
1. Amann A, Schmid A, Scholl-Burgi S, Telser S, Hinterhuber H. Breath analysis for medical diagnosis and therapeutic monitoring. Spectroscopy Europe 2005;17:18-20.
2. Alphus D. Wilson and Manuela Baietto. Advances in Electronic-Nose Technologies Developed for Biomedical Applications. Sensors 2011, 11, 1105-1176; doi: 10.3390/s110101105.
3. Белобородова Н. В. Интеграция метаболизма человека и его микробиома при критических состояниях. Общая реаниматология, 2012, VIII; 4. // Beloborodova N. V. Integration of Metabolism in Man and His Microbiome in Critical Conditions. «General Reanimatology» Journal, 2012, VIII; 4.//
4.Вакс В Л, Домрачева Е Г, Собакинская Е А, Черняева М Б "Анализ выдыхаемого воздуха: физические методы, приборы и медицинская диагностика" УФН 184 739-758 (2014).
5. Власов В. В. Введение в доказательную медицину. М: Медиасфера, 2001.
6. Darryl Hill, Russell Binions, Breath Analysis for Medical Diagnosis, International journal on smart sensing and intelligent systems, Vol. 5, NO. 2, June 2012.
7. Miekisch W, Schubert JK, Noeldge-Schomburg GF. Diagnostic potential of breath analysis: focus on volatile organic compounds. Clin Chim Acta 2004; 347:25-39.
8. Померанцев А. Метод Главных Компонент (PCA). Российское хемометрическое общество http: //rcs .chph.ras.ru/
9. Степанов Е.В. Методы высокочувствительного газового анализа молекул-биомаркеров в исследованиях выдыхаемого воздуха . 2005. Труды инст. Общей физики им. А.М.Прохорова. Т.61.
Ключевые слова: выдыхаемый воздух, газоанализатор, неинвазивная диагностика.
Key words: exhaled air, gas analyzer, noninvasive diagnostics, gastroenterology.
