c3f232db421cbec70ef6dc7e4a467dc7.ppt
- Количество слайдов: 19
Обоняние твоё да будет чувствительно … к воздуху, окружающему больного, к заразительному его дыханию Матвей Яковлевич Мудров (1776 -1831) Анализ выдыхаемого воздуха
История вопроса • При сахарной болезни запах сладковатый, приторный, сенный или скорее ацетоновый или напоминающий что-то среднее между альдегидом и ацетоном, представляя собой смесь этих двух веществ в различных пропорциях. • При желтухе и перитоните запах мускуса. • При золотухе бывает запах старого или кислого пива • При (сепсисе) дыхание больного имеет сладкий запах свежеснятого сена. • При скарлатине - хлеба. • При желтой лихорадке бывает трупный запах или запах воды, которою промывались ружейные стволы. • При тифе запах аммониакальный или похожий на мышиный. • При кори запах свежеощипанных перьев. • Истеричные больные имеют запах фиалки (или ананаса). • Чесотка имеет плесневый запах. • Мочекровие аммониакальный запах. • При чуме, в начальном ее периоде, запах бывает медовый • Оспа имеет своеобразный характерный для нее запах изменящийся смотря по тяжести и стадии болезни и напоминающий запах зверинца или жженого рога. W. B. Сlarke Тhе Ноmeop. Recorder, 1901 г № 6 -8, рр. 200 -202
Способы диагностики на основе анализа выдыхаемого воздуха, одобренные для использования Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA, USFDA) • освидетельствование водителей на состояние опьянения • мониторинг состояния пациента с бронхиальной астмой • ранняя диагностика отторжения донорского сердца (Heart. Breath. Test’ 2004) • верификация наличия Helicobacter pylory при язвенной болезни • оценка динамики лечения ожирения
Потенциально перспективные научно-обоснованные направления анализа выдыхаемого воздуха • диагностика рака лёгких, молочной железы; ЖКТ • определение возбудителя инфекционного заболевания • диагностика туберкулёза легких • диагностика воспалительных заболеваний ЖКТ • мониторинг анестезиологического пособия при операциях • определение печёночной и почечной недостаточности • диагностика острого коронарного синдрома (инфаркта миокарда) • оценка степени компенсации сахарного диабета; мониторинг уровня глюкозы крови
Актуальность развития методов анализа выдыхаемого воздуха Импакт-фактор отражает важность статей, публикуемых в журнале, на развитие направления, соответствующего их тематике. Максимальный IF в медицине – 55 (The New England Journal of Medicine )
Интегральная диагностика заболеваний по выдыхаемому воздуху Тотальный масс-спектр летучих соединений Аэрограмма Обработка данных Распознавание паттерна Уникальный патогномоничный «воздушный отпечаток» болезни
Методология поиска новых маркеров заболеваний Boots AW et al. , J. Breath Res. 6 (2012) 027108
Проблемы метода анализа выдыхаемого воздуха • Отсутствие общепринятой методики получения проб (альвеолярный или смешанный воздух, контаминация слюной, конденсатом, подготовка пациента, материал накопителя и т. д. ) • Большая индивидуальная вариабельность содержания большинства веществ в выдыхаемом воздухе при идентичных условиях получения проб • Разнообразие аналитических методов и приборов в рамках одного метода с широкой вариабельностью измеряемого количества исследуемого маркера в одном и том же образце • Отсутствие нормативов и рангов отклонений • Разнообразие источников исследуемых маркеров – кровь, легкие, желудочно-кишечный тракт, продукты жизнедеятельности бактерий, внешняя среда и т. д. • Отсутствие патогномоничной связи «один маркер – одна болезнь» – необходимость интерпретации данных, учитывая клинический контекст • Зачастую – отсутствие прямого предшественника маркера в метаболических путях патогенеза заболевания (никто не знает, откуда он взялся и как связан с болезнью) • Наличие традиционных способов и методов диагностики этих заболеваний, являющихся «золотым стандартом»
Преимущества анализа выдыхаемого воздуха перед традиционными диагностическими методами • Неинвазивный метод • Безопасно и безболезненно для пациента • Возможность многократного взятия образцов • Быстрое получение результата анализа • Неограниченный контингент обследуемых и отсутствие противопоказаний • Методически привлекательно и просто • Дешево ИДЕАЛЬНЫЙ СКРИНИНГОВЫЙ МЕТОД
Требования к методу анализа выдыхаемого воздуха • Возможность одновременной идентификации нескольких молекул • Высокая чувствительность и высокая точность определения концентраций (10 ppt – 10 ppm) • Селективность измерений на фоне высоких концентраций основных газов • Быстродействие (анализ в течение 5 -10 сек) • Простота использования • Приемлемая стоимость прибора, обслуживания, «одного измерения»
Преимущества и ограничения современных методов газоанализа ЭН – электронный нос СИП – спектрография ионной подвижности ГХ-МС – газовая хроматография – масс-спектрометрия PTR – масс-спектрометрия с реакцией переноса протонов Н – низкая С – средняя В – высокая РВ – реальное время АР – автономный режим Arasaradnam R. P. et al. Aliment Pharmacol Ther, 2014
Основные недостатки приборов с приемлемыми характеристиками • дороговизна (15 -20 млн. руб. в базе); • отсутствие сервиса на территории РФ; • стационарность, большие размеры; • необходимость привлечения высокооплачиваемого эксплуатирующего персонала; • неприспособленность под задачи диагностики по выдыхаемому воздуху (отсутствие методологии и протоколов исследования, баз данных, ПО)
Задел размеры 250× 450× 650 см 2 масса 30 кг потребляемая мощность 200 Вт Стоимость разработки 10 млн. руб. (2012 -17 г. ) область, которой соответствуют больные соответствуют здоровые
Цель проекта: Разработка высокочувствительного малогабаритного мобильного автоматизированного аппаратно-программного комплекса с высокой параметрической устойчивостью для синхронного многокомпонентного ультрамикроанализа выдыхаемого воздуха для неинвазивной диагностики заболеваний сердечно-сосудистой дыхательной систем, и желудочно-кишечного тракта по следовым количествам летучих соединений (биомаркеров), содержащихся в выдыхаемом воздухе
Общая задача: • Создать опытный образец малогабаритного автоматизированного масс-спектрометра для определения следовых количеств биомаркеров (на уровне ppm-ppt) в пробах воздуха в режиме реального времени (время интегрирования сигнала единицы секунд) Подзадачи 1 этап: - разработать ионно-оптическую схему и конструкцию статического масс-спектрометра, пригодные для рутинного применения в практической медицине (предусмотреть совмещение с координатно-чувствительным детектором - КЧД), - разработать мембранные интерфейсы для системы ввода (одна и несколько мембран), позволяющие обогащать воздушную пробу биомаркерами от сотен до сотен тысяч раз в процессе подачи ее в масс-спектрометр при задержке отклика единицы секунд.
Подзадачи (продолжение) 2 этап: - провести доклинические исследования, используя мембранный интерфейс с целью тестирования заболеваний сердечно-сосудистой системы, органов дыхания и желудочно-кишечного тракта по группе маркеров (пределы определения ppb-ppt, таблица ниже), - разработать систему сопряжения массспектрометра и КЧД на основе ПЗС матриц с прямой регистрацией ионов (экспрессность, чувствительность), - провести испытания масс-спектрометра с КЧД, - провести итоговые клинические исследования, - разработать диагностические методики
Болезнь Биомаркер *(Pi/РN) Толуол 1 (~1000) Анилин (~1000) Стирол 1 (~1000) Изопрен 1, 4 ( ~500) 1 LC 2 BC 92 93 104 67; 68 84 3 LFD 6 ppb и ниже 85 5 A Таблица: Характерные пики (u) масс-спектров летучих биомаркеров некоторых заболеваний Метил-циклопентан 84 ( ~800 ) Циклогексан 1, 2 84 84 (~300) 1 -Гексен 1 -2 84 84 (~600) Этилбензол 1, 2 106 (~ 1500) Ксилол 1 -2 106 (~1000) Пропилбензол 1, 2 120 (~1500) 1, 2, 3 -Триметил 105; 120 бензол 1, 2 ( ~500) Ацетофенон 1, 2 105; 120 Гексан 1, 5 (~ 300) 86 Гептан÷Ундекан 1, 5 ( ~800 ) 3 -Метил-1 -Н-индол 6 ( ~1000) 4 PTB 5 LP 86 85 130; – рак легких, – рак молочной железы, 3 LFD – дисфункция печени, 4 PTB - туберкулез, 5 LP – окислительная деградация липидов, 6 A – аминурия *Отношения проницаемостей использ. мембранного интерфейса для биомаркеров Pi и основного компонента воздушной пробы, азота, РN. 1 LC 2 BC
6 Масс-анализатор Системы ввода (1) Капиллярная Одна мембрана
7 Система ввода (2) две мембраны
c3f232db421cbec70ef6dc7e4a467dc7.ppt