Izelpas gāzu sastāva analīzes iespējas slimību diagnostikā izmantojot mākslīgos ožas sensorus

Projekta vadītājs: I.Taivans

LU finansēts pētījums ZP-75 no 2006-2008. gadam

Pirms diviem trim gadiem kāds ASV laikraksts publicēja rakstu par to, ka trenēti suņi, apostot cilvēkus, spēj gandrīz nekļūdīgi, ar precizitāti līdz 95 procentiem diagnosticēt, kuram no tiem ir plaušu vēzis. Par to liecina slimnieka izelpas gaiss.

Tā radās ideja, ka diagnostikā varētu izmantot ierīces – mākslīgo elektronisko degunu un gāzu hromatogrāfu –, ar ko izelpas gaisā iespējams noteikt dažādus savienojumus pat ļoti niecīgā koncentrācijā.

Pētījuma mērķis bija noskaidrot vai mākslīgie ožas instrumenti, to skaitā elektroniskais deguns un gāzu hromatogrāfs, spēj konstatēt atšķirības starp dažādu veselu indivīdu izelpas gaisu un atšķirt dažādas plaušu slimības.

Izelpas gaisa analīze diagnostikas nolūkos ir saistīta ar vairākām problēmām: pirmkārt, interesējošo savienojumu koncentrācija ir ļoti zema, otrkārt, savienojumu klāsts izelpas gaisā sasniedz vairākus tūkstošus, treškārt, nav zināms, kādi konkrēti savienojumi raksturo noteiktu patoloģisko procesu.

Lai koncentrētu izelpas gaisu tika izstrādātas divas pieejas: izelpas gaiss tika adsorbēts uz speciāla adsorbcijas materiāla ar sekojošu desorbciju speciālā krāsnī pie augsts temperatūras, ievadot desorbēto materiālu gāzu hromatogrāfā turpmākai analīzei. Otrs paņēmiens bija savākt izelpas gaisa kondensātu ar speciāla aparāta palīdzību un sekojošu šķidruma analīzi gāzu hromatogrāfā. Rezultāti parādīja, ka abas metodes ļauj būtiski palielināt nosakāmo savienojumu klāstu izelpas gaisā.

Lai atrisinātu otro problēmu tika izveidotas un testētas vairākas metodes, lai izdalītu ticamu signālu no “trokšņa”. Šajā jomā tika veikti vairāk par simts paraugu analīzēm, ko ieguva no slimniekiem ar dažādām plaušu patoloģijām. .

Lai atrisinātu trešo problēmu, mērķtiecīgi izelpas gaisa paraugos tika meklēti konkrēti savienojumi, kuri spēlē būtisku lomu elpceļu hroniskas patoloģijas izcelsmē. Tādi testētie savienojumi bija slāpekļa oksīds, leikotriēns B4 un lipoksīns A4. Šie savienojumi tika testēti izmantojot imūnenzimatisko metodi (ELISA) paralēli ar izelpas gaisa kondensāta analīzi gāzu hromatogrāfā.

Pētījumā tika iesaistīti 30 veseli brīvprātīgie, un 132 P. Stradiņa KUS pulmonoloģiska profila slimnieki.

Izelpas gaiss tika analizēts gan ar 14 gāzu sensoru matricas elektronisko degunu (Electronic Nose 9185), kā arī ar gāzu hromatogrāfu (Clarus 600), kas saistīts ar masas selektīvo detektoru.

Rezultāti parādīja, ka mākslīgie ožas sensori spēj atšķirt dažādas kvalitātes izelpas gaisu veseliem indivīdiem. Mērījumi dažādiem plaušu slimniekiem parādīja būtiskas atšķirības ožas sensoru reakcijās, kuras korelēja ar dažādiem slimniekus raksturojošiem parametriem, tādiem kā slimības diagnoze, lietojamie medikamenti, asins bioķīmiskie rādītāji.

Ļoti interesanti un daudzsološi dati tika iegūti izmantojot gāzu hromatogrāfisko gaisa paraugu analīzi, kas tika iegūti no plaušu vēža slimniekiem. Šo slimnieku izelpā tika reģistrēts specifisks signāls, kas atbilda noteiktai vielas molekulasai. Minētais signāls netika novērots nevienam no slimniekiem ar citu diagnozi. Pēc ķirurģiskas audzēja evakuācijas minētais signāls izzuda. Turpmākie pētījumi parādīja, ka šie savienojumi ir vieglie ogļūdeņraži un metilētie ogļūdeņraži kuri satur līdz 20 oglekļa atomu.

Kopumā veiktā pētījuma rezultāti liecina par to, ka mākslīgo ožas sensoru pielietojums slimību diagnostikai ir perspektīvs, tomēr, lai veiktu lētus mērījumus, kuri būtu izmantojami ekspres-diagnostikā un ieviešami klīniskajā praksē, ir nepieciešams mērķtiecīgi veidot jaunus, jutīgus sensorus, kuri specifiski reaģē uz savienojumiem, kuri raksturīgi konkrētām plaušu slimībām.