Терапия №4 / 2025
Диагностические возможности анализа биохимического состава выдыхаемого воздуха при заболеваниях органов дыхания
1) ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Томск;
2) ОГБУЗ «Медико-санитарная часть № 2» Департамента здравоохранения Томской области, г. Томск;
3) ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»;
4) ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»;
5) КГБУЗ «Минусинская межрайонная больница»
Аннотация. Диагностика заболеваний органов дыхания – сложная задача современной медицины, особенно при использовании традиционных методов, связанных с инвазивностью и рисками для пациентов. Анализ выдыхаемого воздуха, основанный на изучении летучих органических соединений, предлагает неинвазивный, быстрый и точный подход к выявлению таких заболеваний, как хроническая обструктивная болезнь легких, астма, рак легких, пневмония и COVID-19. Цель работы – оценить диагностические возможности анализа биохимического состава выдыхаемого воздуха для выявления различных патологий органов дыхания и определить ключевые преимущества и ограничения данного метода. Анализ выдыхаемого воздуха представляет собой перспективный инструмент диагностики благодаря своей неинвазивности, высокой чувствительности и возможности многократного применения. Несмотря на необходимость стандартизации метода, его использование имеет значительный потенциал для улучшения диагностики и мониторинга респираторных заболеваний в клинической практике.
ВВЕДЕНИЕ
Диагностика заболеваний органов дыхания – одна из ключевых задач современной медицины. Традиционные методы диагностики, такие как рентгенография, компьютерная томография и бронхоскопия, остаются широко используемыми и информативными. Наряду с ними все большее внимание привлекает анализ выдыхаемого воздуха как неинвазивный и перспективный диагностический подход. Этот метод основан на выявлении летучих органических соединений (ЛОС), которые могут служить биомаркерами различных заболеваний органов дыхания. Анализ выдыхаемого воздуха позволяет быстро и без риска для пациента диагностировать такие заболевания, как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), астма, рак легких, легочная артериальная гипертензия, туберкулез, муковисцидоз и др. [1–3]. ЛОС, присутствующие в выдыхаемом воздухе, могут отражать метаболические процессы, происходящие в организме и таким образом служить индикаторами патологических изменений [4, 5]. Ключевые преимущества анализа выдыхаемого воздуха – возможность многократного проведения без вреда для пациента. Это особенно важно для детей и больных с тяжелыми формами заболеваний [2, 6].
Современные технологии, такие как масс-спектрометрия с протонным переносом, ионная подвижность и электронные носы, позволяют детально анализировать состав выдыхаемого воздуха и выявлять специфические профили ЛОС, характерные для различных заболеваний [5, 7]. Однако, несмотря на значительные успехи в этой области, существуют определенные сложности, связанные со стандартизацией методов сбора и анализа выдыхаемого воздуха, а также с интерпретацией полученных данных [8, 9]. Тем не менее дальнейшие исследования и развитие технологий могут привести к широкому применению этого метода в клинической практике, что позволит значительно улучшить выявляемость и мониторинг заболеваний органов дыхания [10]. Таким образом, анализ биохимического состава выдыхаемого воздуха – многообещающий метод диагностики заболеваний органов дыхания, который способен существенно изменить подходы к диагностике и лечению этих заболеваний в будущем.
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ, ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
Исследование выдыхаемого воздуха как диагностический метод известно с древних времен. Первое упоминание о диагностике по запаху выдыхаемого воздуха относится еще к эпохе Гиппократа (400 г. до н. э.), что дает основания считать его одним из первых аналитических инструментов для оценки здоровья человека [11].
Исследование выдыхаемого воздуха для диагностики различных заболеваний применялось еще в первой половине прошлого века. За точку отсчета здесь можно принять 1938 г., когда была разработана первая в мире тест-система для определения алкогольного опьянения. Еще одна широко известная область применения тестирования дыхания – исследование рака легких, которое неуклонно набирает обороты в течение последних 20 лет. Большой прогресс в изучении этого заболевания как в клинической медицине, так и в научных исследованиях, во многом был достигнут именно за счет разработки новых методов для выявления рака легких с использованием биомаркеров дыхания [12]. Главные преимущества метода оценки выдыхаемого воздуха:
- неинвазивность [11, 13];
- неограниченность в объеме и времени. Выдыхаемый воздух можно собирать в любое время и в любом количестве, что позволяет проводить исследования без ограничений по времени и объему образцов [11, 14];
- быстрота и простота. Современные методы анализа, такие как масс-спектрометрия, дают возможность проводить быстрый и точный анализ выдыхаемого воздуха в реальном времени, что особенно важно для диагностики и мониторинга заболеваний [14, 15];
- широкий спектр анализируемых соединений. С помощью современных технологий, таких как SIFT-MS и PTR-MS, анализируется широкий спектр ЛОС в выдыхаемом воздухе, что делает этот метод универсальным для диагностики различных заболеваний [15].
К недостаткам данного метода можно отнести:
- гетерогенность методов сбора анализа выдыхаемого воздуха. Одна из основных проблем – отсутствие стандартизации методов сбора и анализа выдыхаемого воздуха. Различные исследовательские группы используют разные методики, что затрудняет сравнение и объединение данных [16];
- чувствительность к внешним факторам. Выдыхаемый воздух может содержать примеси из окружающей среды, что может сказываться на точности анализа. Это требует использования высокочувствительных и селективных сенсоров для минимизации ошибок [15, 14];
- ограниченность в выборе биомаркеров. Несмотря на значительные успехи, выбор биомаркеров для некоторых заболеваний, таких как онкологические, остается сложной задачей. Это ограничивает применение метода для диагностики определенных заболеваний [14].
Современные исследования направлены на разработку новых сенсоров и методов анализа, которые позволят повысить точность и надежность диагностики. Например, биосенсоры на основе вторичной алкогольдегидрогеназы (S-ADH) показал...
