Выдыхаемый воздух

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 СО2) в выдыхаемом воздухе можно судить о кислородтранспортных свойствах гемоглобина крови. А одновре2менное детектирование монооксида углерода и закиси азота (N2O) 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 13СО2 и 12СО2 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--104 см-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.