EUR/RUB 67.89
USD/RUB 57.51
EUR/USD 1.18
Банк инноваций
2009, декабрь
2009, ноябрь
2009, октябрь
2009, сентябрь
2009, август
2009, июль
2009, июнь
2009, май
2009, апрель
2009, март
2009, февраль
 •  Статья 1
 •  Статья 2
 •  Статья 3
2009, январь
2008, декабрь
2008, ноябрь
2008, октябрь
2008, сентябрь
2008, август
2008, Июль
2008, Июнь
2008, Май
2008, Апрель
2008, Март
2008, Февраль
Анонсы


Конструкция пульта управления телевизором, учитывающая различных пользователей

БЮРО ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
 

 
100%
800
960
1024
1152
 О компании  Услуги  Журнал  Контакты 
Журнал  2009, февраль  Статья 3

 

ДИАГНОЗ ПО ВЫДЫХАЕМОМУ ВОЗДУХУ


Исследователи из Института общей физики РАН (ИОФАН РАН) разработали систему, позволяющую описать состояние нашего организма по выдыхаемому воздуху. Разработчики использовали тот факт, что состав выдыхаемого воздуха и темп выделения молекул из организма напрямую связаны с биохимическими и физиологическими процессами.

Например, по содержанию монооксида и двуокиси углерода (СО и С02) в выдыхаемом воздухе можно судить о кислородтранспортных свойствах гемоглобина крови. А одновременное детектирование монооксида углерода и закиси азота (N2О) позволяет исследовать зависимость газотранспортных свойств лёгочной мембраны от интенсивности кровотока.

Молекулы искомых веществ могут содержаться в выдыхаемом воздухе в очень небольших количествах, поэтому методы, которые были бы способны их определить, должны быть чрезвычайно чувствительными. Учёные ИОФАН РАН в качестве такого высокочувствительного метода предложили использовать лазерную спектроскопию. Молекулярная спектроскопия поглощения с использованием полупроводниковых лазеров с перестраиваемой частотой позволяет обнаруживать многие химические соединения (в том числе монооксид углерода, оксид азота, аммиак, метан и др.) в выдыхаемом воздухе с чувствительностью в одну миллионную долю. Причём с помощью этой спектроскопии можно определить как скорость продуцирования в организме отдельных соединений, так и относительное содержание различных модификаций этих соединений, образующихся в ходе обменных процессов (например, соотношение концентраций 13С02 и 12С02 или орто- и пара-воды).

Важнейшая составляющая любой спектроскопической установки — система регистрации и анализа получаемых спектров. Она должна быть чувствительной, с большим быстродействием (чтобы не искажалась форма спектров) и высокоточной.

Разработанный в ИОФАН РАН многокомпонентный лазерный газоанализатор включает высокочувствительную систему регистрации, которая способна анализировать лазерные спектры пропускания молекул при длительности лазерных импульсов до 10 000 микросекунд и высокой скорости перестройки полупроводниковых лазеров — 102-104см-1/с, обеспечивающей быстродействие установки. При этом регистрируются не менее 4000—6000 точек (измерений) на спектр. Система также обеспечивает высокую селективность метода, позволяющую чётко разделять спектры различных молекул-биомаркеров в сложных по составу средах.

По мнению учёных, диагностика, опирающаяся на газовый анализ выдыхаемого воздуха, может обладать большой достоверностью, универсальностью и позволит проводить комплексные исследования организма. Кроме того, с её помощью можно расширить круг решаемых медико-биологических проблем, не прибегая к инвазивным методам обследования, то есть без вмешательства в организм.

В помощь диабетикам

Безболезненно определить уровень глюкозы в крови теперь можно с помощью специального прибора - сенсорного газоанализатора, или ацетономера.

До недавнего времени в медицине вовсе не учитывался тот факт, что в воздухе, выдыхаемом человеком, присутствует ацетон. Причем в довольно изрядных количествах - от 1 до 5 миллиграммов на кубометр. К тому же ацетон в выдыхаемом воздухе появляется намного раньше, чем в моче. Его концентрация создается в организме за счет неполного окисления жиров и белков. В результате образуется энергия, недостаток которой и приводит зачастую к такой серьезной болезни, как сахарный диабет. Говоря простым языком, налицо прямая зависимость между этой болезнью и содержанием ацетона в воздухе, выдыхаемом человеком. Этот вывод и был положен в основу создания нового прибора, который мы назвали сенсорным газоанализатором, или ацетономером.

Почему больным диабетом необходимо контролировать ацетон в крови и в выдыхаемом воздухе? Потому что в противном случае нельзя будет контролировать и поступление в кровь жирных кислот, или, как их называют специалисты, кетоновых тел. До недавнего времени больные сахарным диабетом были просто не в состоянии замечать эти процессы. При накоплении кетоновых тел понижается значение рН крови, а это очень тревожный симптом, который может привести к диабетической коме. Иными словами, информация об ацетоне имеет для диабетиков не меньшее значение, чем знание концентрации глюкозы в крови.

Кроме того, данные, которые выдает прибор, можно использовать и для контроля сахара в крови. В общем, прибор позволяет значительно расширить и дополнить систему контроля состояния здоровья человека - контроль сахара в крови утром после сна и вечером перед сном, определение содержания ацетона постоянно по выдоху, в любом удобное для вас время.

Есть еще целый ряд преимуществ, которые стали очевидны после испытания нового прибора. Оказалось, что он может помочь и в следующих случаях:

  • для диагностики пациентов с так называемым семейным диабетом, который часто нельзя распознать в течение длительного времени;
  • для контроля состояния здоровья людей, снижающих вес;
  • для спортсменов;
  • для диагностики и лечения детского диабета, так как состояние больного ребенка можно определить быстро, безболезненно и без травм.

Что представляет собой прибор? Прибор небольших размеров, помещается в обыкновенном "дипломате". В обращении он достаточно прост. Время анализа составляет от 10 до 300 секунд - это зависит от концентрации ацетона в пробе. Кроме того, так как ацетон определяется в выдыхаемом воздухе, анализ абсолютно безболезнен и даже комфортен, больной в состоянии обслужить себя сам, без посторонней помощи. И самое главное, появилась, наконец, возможность именно постоянного контроля над состоянием углеводного обмена своего организма без нанесения себе микротравм. Нужно просто знать, что присутствие ацетона в выдыхаемом воздухе сверх нормы уже является достаточным показателем того, что углеводный обмен у вас нарушен. Независимо от причин, вызвавших это нарушение, следует обратиться к врачу-эндокринологу, так как не исключено развитие сахарного диабета. Для сравнения, содержание глюкозы в крови в концентрациях, даже намного превышающих норму далеко не всегда свидетельствует о нарушении углеводного обмена. И в этом смысле прибор – несомненно, новое слово в решении проблемы безболезненной и точной диагностики сахарного диабета.

Выдыхаемый воздух в медицине.

При первых же исследованиях выдыхаемого воздуха был обнаружен углекислый газ, поскольку его содержание достигает 5 объемных процентов. Другие компоненты выдыхаемого воздуха имеют, к сожалению, значительно меньшие концентрации и обнаружить их удается только при использовании современных методов анализа. Проверки на присутствие алкоголя демонстрируют, что не составляет труда обнаружить летучее органическое соединение в выдыхаемом воздухе, если оно было предварительно поглощено человеком в большом количестве. Поэтому во многих методах анализа предполагается прием пациентом соответствующей дозы предшественника определяемого вещества. Наличие в выдыхаемом воздухе аномальных количеств продуктов распада может указывать на заболевание.

В ходе исследований учеными были выявлены несколько веществ (маркеров или сигнальных молекул), наличие которых в выдыхаемом воздухе говорит о том или ином заболевании. В качестве примера сигнальной молекулы можно привести водород, который появляется в выдыхаемом воздухе (при употреблении пациентом дозы пятиуглеродного сахара ксилозы) при нарушении всасывания в тонком кишечнике или не поглощении какого - либо определенного углевода в тонком кишечнике. Кроме того, водород выделяется при поражениях поджелудочной железы (больным дают рисовый крахмал, представляющей собой сложный углевод). Другим маркером заболеваний может являться радиоактивный углерод 14С, используемый для идентификации заболеваний поджелудочной железы. По количеству радиоактивного углекислого газа (14СО2), появляющегося затем в выдыхаемом воздухе, можно судить о функционировании поджелудочной железы. Метод с использованием радиоактивного углерода может оказаться особенно удачным при диагностике двух из наиболее распространенных заболеваний желудка - язвенной болезни и хронического гастрита. Аналогичный анализ хорошо зарекомендовал себя при выявлении поражений печени. Такие заболевания, как цирроз и гепатит, на ранних стадиях часто остаются незамеченными. К тому времени, когда главный метаболит гемоглобина, билирубин, накапливается в крови в количестве, достаточном для характерной желтухи, больной может потерять уже более 50% клеток печени. При помощи анализа выдыхаемого воздуха удается обнаружить нарушение специфических метаболических путей в печени до появления признаков желтухи. Известны также иные маркеры поражения печени. В норме печень разрушает диметилсульфид - летучий метаболит аминокислоты метионина. Но при нарушении ее функций значительное количество диметилсульфида выделяется с выдыхаемым воздухом.

В 1991 году в выдыхаемом воздухе, без введения каких - либо препаратов, было обнаружено неорганическое соединение - оксид азота (NO). Группа ученых Alving, Kharitonov, Persson получила высокую концентрацию NO в выдыхаемом воздухе у больных с бронхиальной астмой и бронхоэктазами. Поэтому, в последние время, неинвазивный метод определения NO в выдыхаемом воздухе становится одним из важнейших при диагностике и мониторинге активных воспалительных респираторных заболеваний. Некоторые затруднения в использовании оксида азота, как сигнальной молекулы, может вызывать то, что концентрация данной молекулы в выдыхаемом воздухе не является постоянной величиной, она зависит от состояния организма в текущий момент (см. табл.).

Таблица: Факторы, влияющие на концентрацию NO в выдыхаемом воздухе:

Увеличение NOУменьшение NO
Введение L-аргинина (приводит к незначительному увеличение)Введение ингибиторов NOS, глюкокортикоидов
Физическая нагрузка (приводит к незначительному увеличению)Курение (при отказе от курения уровень NO постепенно возвращается к норме)
Задержка дыхания (более выражено у больных астмой)Прием алкоголя
Фаза менструального цикла (достигает наибольших значений в середине цикла)ХОБЛ
Бронхиальная астмаМуковисцидоз
БронхоэктазыСистемная склеродермия с легочной гипертензией
Вирусная инфекция респираторного трактаВИЧ-инфекция
Цирроз печени с печеночной недостаточностью 

Использованы данные статьи к.х.н. Т. Зиминой.


 

©2007-2017 Бюро инновационных технологийcms4site™