References

ssmu

Бюллетень сибирской медицины

Bulletin of Siberian Medicine

1682-03631819-3684

Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation

10.20538/1682-0363-2014-5-122-129

ssmu-231

Research Article

ОБЗОРЫ И ЛЕКЦИИ

REVIEW AND LECTURES

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОАНАЛИЗА ВЫДЫХАЕМОГО ВОЗДУХА ПРИ БРОНХОЛЕГОЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ

APPLYING OF GAS ANALYSIS IN DIAGNOSIS OF BRONCHOPULMONARY DISEASES

Букреева

Е. Б.

Bukreyeva

Ye. B.

Букреева Екатерина Борисовна — доктор медицинских наук, профессор кафедры внутренних болезней педиатрического факультета

Bukreyeva Yekaterina B.

anjuta107@gmail.com

Буланова

А. А.

Bulanova

A. A.

Буланова Анна Александровна— аспирантка кафедры внутренних болезней педиатрического факультета

Bulanova Anna A.

anjuta107@gmail.com

Кистенев

Ю. В.

Kistenev

Yu. V.

Кистенев Юрий Владимирович — доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой физики

anjuta107@gmail.com

Сибирский государственный медицинский университет, ТомскРоссияSiberian State Medical University, TomskRussian Federation

Сибирский государственный медицинский университет, Томск; Национальный исследовательский Томский государственный университет, ТомскРоссияSiberian State Medical University; National Research Tomsk State University, TomskRussian Federation

2014

28102014

135122129

2014

Букреева Е.Б., Буланова А.А., Кистенев Ю.В.

Bukreyeva Y.B., Bulanova A.A., Kistenev Y.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/231

За последние 10 лет значительно увеличилось количество людей во всем мире, страдающих бронхолегочными заболеваниями. В ближайшем будущем болезни органов дыхания займут одно из первых мест среди причин смертности наряду с заболеваниями сердечно-сосудистой системы и онкологическими заболеваниями. Большинство методов диагностики болезней легких требуют подготовки пациента и не могут быть применимы для скрининговых обследований населения. В связи с этим актуальна разработка неинвазивных методов диагностики бронхолегочных заболеваний. В рамках данной задачи перспективен анализ выдыхаемого человеком воздуха.

Для проведения исследования выдыхаемого воздуха используется либо непосредственно выдыхаемый воздух (НВВ), либо его конденсат (КВВ), который образуется путем охлаждения и последующей конденсации выдыхаемого воздуха. Для анализа НВВ и КВВ применимы различные физико-химические методы, выбор их зависит от задач, которые ставит перед собой исследователь.

Анализ выдыхаемого воздуха может применяться для решения задач диагностики, мониторинга и оценки эффективности лечения болезней легких, позволяет проводить дифференциальную диагностику среди симптомосходных заболеваний, требующих разных подходов к лечению, например, таких как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) и бронхиальная астма. С помощью анализа выдыхаемого воздуха можно выделять различные фенотипы ХОБЛ, что способствует более индивидуальному подбору базисной терапии. Данный метод исследования может быть использован для скрининговой диагностики таких тяжелых болезней легких, как туберкулез или рак.

Таким образом, высокочувствительный анализ выдыхаемого воздуха с помощью спектроскопических методов позволяет проводить диагностику и осуществлять долговременный мониторинг заболеваний легких.

Bronchopulmonary system diseases are on the first place among the causes of people's death. Most of methods for lung diseases diagnosis are invasive or not suitable for children and patients with severe disease. One of the promising methods of clinical diagnosis and disease activity monitoring of bronchopulmonary system is analyzing of human breath. Directly exhaled breath or exhaled breath condensate are using for human breaths analyzing. Analysis of human breath can apply for diagnostic, long monitoring and evaluation of efficacy of the treatment bronchopulmonary diseases. Differential diagnostic between chronic obstructive lung disease (COPD) and bronchial asthma is complicated because they have differences in pathogenesis. Analysis of human breath allows to explore features of COPD and bronchial asthma and to improve differential diagnostic of these diseases. Human breaths analyzing can apply for diagnostic dangerous diseases, such as tuberculosis, lung cancer. The analysis of breath air by spectroscopy methods is new noninvasive way for diagnosis of bronchopulmonary diseases.

бронхолегочные заболеваниявыдыхаемый воздухгазоанализдиагностика

bronchopulmonary diseasesexhaled breathgas analysisdiagnosis

References1

Чучалин А.Г. Белая книга. Пульмонология. М., 2003. 67 с.

Chuchalin A.G. Belaya kniga. Pulmonologiya [White book. Pulmonology]. Moscow, 2003. 67 p.

Bukreeva E.B., Bulanova A.A., Kistenev Y.V., Kuzmin D.A., Tuzikov S.A., Yumov E.L. Analysis of the absorption spectra of gas emission of patients with lung cancer and chronic obstructive pulmonary disease by laser optoacoustic spectroscopy // Proc. SPIE 8699, Saratov Fall Meeting 2012: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIV; and Laser Physics and Photonics XIV, 86990K (26 February 2013).

Bukreeva E.B., Bulanova A.A., Kistenev Y.V., Kuzmin D.A., Tuzikov S.A., Yumov E.L. Analysis of the absorption spectra of gas emission of patients with lung cancer and chronic obstructive pulmonary disease by laser optoacoustic spectroscopy. Proc. SPIE 8699, Saratov Fall Meeting 2012: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIV; and Laser Physics and Photonics XIV, 86990K (26 February 2013).

Клименко В.А., Криворотько Д.Н. Анализ выдыхаемо-го воздуха как маркер биохимических процессов в организме // Здоровье ребенка. 2011. Т. 28, № 1. С. 138–143.

Klimenko V.A., Krivorot'ko D.N. Analiz vydyhaemogo vozduha kak marker biohimicheskih processov v organizme [Analysis of exhaled breath as a marker of biochemical processes in the body]. Zdorov'e rebenka – Child Health, 2011, vol. 28, no. 1, pp. 138–143 (in Russian).

Степанов Е.В. Методы высокочувствительного газово-го анализа молекул-биомаркеров в исследованиях выдыхаемого воздуха // Труды Института общей физики им. А.М. Прохорова. 2005. Т. 61. С. 5–47.

Stepanov E.V. Highly sensitive methods of gas analysis of biomarker molecules in exhaled air studies. Proceedings of the Institute of General Physics A.M. Prokhorov, 2005, no. 61, pp. 5–47 (in Russian).

Соодаева С.К., Климанов И.А. Механизмы формирования конденсата выдыхаемого воздуха и маркеры оксидативного стресса при патологиях респираторного тракта // Пульмонология. 2009. № 2. С. 113–119.

Soodaeva S.K., Klimanov I.A. Mehanizmy formirovanija kondensata vydyhaemogo vozduha i markery oksidativnogo stressa pri patologijah respiratornogo trakta [The mechanisms of exhaled air condensate of formation and a markers of oxidative stress in pathological conditions of the respiratory tract]. Pul'monologiya – Pulmonology, 2009, no. 2, pp. 113–119 (in Russian).

Horváth I., Hunt J., Barnes P.J. Exhaled breath conden-sate: methodological recommendations and unresolved questions // Eur. Respir. J. 2005. V. 26, № 3. P. 523–548.

Horváth I., Hunt J., Barnes P.J. Exhaled breath conden-sate: methodological recommendations and unresolved questions. Eur. Respir. J., 2005, vol. 26, no. 3, pp. 523–548. doi: 10.1183/09031936.05.00029705.

Степанов Е.В. Лазерная спектроскопия и анализ микрокомпонентов выдыхаемого воздуха: дис. … д-ра физ.-мат. наук. М., 2003. 293 с.

Stepanov E.V. Laser spectroscopy and micro analysis of exhaled air. Dis. Dr. Phys.-math.sci. Moscow, 2003, 293 p. (in Russian).

Агеев Б.Г., Кистенёв Ю.В., Некрасов Е.В., Никифорова О.Ю., Никотин Е.С., НикотинаС., Пономарёв Ю.Н., Уразова О.И., Филинюк О.В., Фокин В.А., ЯноваВ. Оценка проб выдыхаемого воздуха методом лазерной оптико-акустической спектроскопии у больных туберкулезом легких // Бюл. сиб. медицины. 2012. Т. 11, № 4. С. 116–120.

Ageyev B.G., Kistenyov Yu.V., Nekrasov Ye.V., Niki-foro¬va О.Yu., Nikotin Yе.S., Nikotina G.S., Ponom-aryov Yu.N., Urazova O.I., Filinyuk O.V., Fokin V.A., Yanova G.V. Estimate of expired air samples of patients with the pulmonary tuberculosis using laser photoacoustic spectroscopy technique. Byulleten sibirskoi meditsiny – Bulletin of Siberian Medicine, 2012, vol. 11, no. 4, pp. 116–120.

Persijn S.T., Van der Veen A.M.H. SPECTROSCOPY/NO-NINVASIVE DIAGNOSIS/BREATH ANALYSIS: Nonin-vasive medical breath analysis with sensitive IR spectroscopy // BioOptics world. 2013. V. 6, iss. 2.

Persijn S.T., Van der Veen A.M.H. SPECTROSCOPY/NON¬INVASIVE DIAGNOSIS/BREATH ANALYSIS: Noninvasive medical breath analysis with sensitive IR spectroscopy. BioOptics world, 2013, vol. 6, iss. 2.

Bessa V., Darwiche K., Teschler H., Sommerwerck U., Rabis T., Baumbach J.I., Freitag L. Detection of volatile organic compounds (VOCs) in exhaled breath of patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) by ion mobility spectrometry // International Journal for Ion Mobility Spectrometry. 2011. V. 14, № 1. P. 7–13.

Bessa V., Darwiche K., Teschler H., Sommerwerck U., Rabis T., Baumbach J.I., Freitag L. Detection of volatile organic compounds (VOCs) in exhaled breath of patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) by ion mobility spectrometry. International Journal for Ion Mobility Spectrometry, 2011, vol. 14, no. 1, pp. 7–13.

Brightling C.E., Monteiro W., Ward R., Parker D., Morgan M.D., Wardlaw A.J., Pavord I.D. Sputum eosinophilia and short-term response to prednisolone in chronic obstructive pulmonary disease: a randomised controlled trial // Lancet. 2000. V. 356 (9240). P. 1480–1485.

Leigh R., Pizzichini M.M.M., Morris M.M., Maltais F., Hargreave F.E., Pizzichini E. Stable COPD: predicting benefit from high-dose inhaled corticosteroid treatment // European Respiratory Journal. 2006. V. 27, № 5. P. 964–971.

Leigh R., Pizzichini M.M.M., Morris M.M., Maltais F., Hargreave F.E., Pizzichini E. Stable COPD: predicting benefit from high-dose inhaled corticosteroid treatment. European Respiratory Journal, 2006, vol. 27, no. 5, pp. 964–971. doi:10.1183/09031936.06.00072105.

Siva R., Green R.H., Brightling C.E., Shelley M., Har-gadon B., Kenna S.Mc., Monteiro W., Berry M., Parker D., Wardlaw A. J., Pavord I. D. Eosinophilic airway inflammation and exacerbations of COPD: a randomised controlled trial // European Respiratory Journal. 2007. V. 29, № 5. P. 906–913.

Siva R., Green R.H., Brightling C.E., Shelley M., Hargadon B., Kenna S.Mc., Monteiro W., Berry M., Parker D., Ward-law A.J., Pavord I. D. Eosinophilic airway inflammation and exacerbations of COPD: a randomised controlled trial. European Respiratory Journal, 2007, vol. 29, no. 5, pp. 906–913. doi: 10.1183/09031936.00146306.

Fens N., De Nijs S.B., Peters S., Dekker T., Knobel H.H., Vink T.J., Willard N.P., Zwinderman A.H., Krouwelsf F.H., Janssen H-G., Lutter R.., Sterk P.J. Exhaled air molecular profiling in relation to inflammatory subtype and activity in COPD // European Respiratory Journal. 2011. V. 38, № 6. P. 1301–1309.

Fens N., De Nijs S.B., Peters S., Dekker T., Knobel H.H., Vink T.J., Willard N.P., Zwinderman A.H., Krouwelsf F.H., Janssen H-G., Lutter R.., Sterk P.J. Exhaled air molecular profiling in relation to inflammatory subtype and activity in COPD. European Respiratory Journal, 2011, vol. 38, no. 6, pp. 1301–1309. doi: 10.1183/09031936.00032911.

Van Berkel J.J.B.N., Dallinga J.W., Möller G.M., God-schalk R.W.L., Moonen E.J., Wouters E.F.M., Van Schoo-ten F.J. A profile of volatile organic compounds in breath discriminates COPD patients from controls // Respiratory Medicine. 2010. V. 104, № 4. P. 557–563.

Van Berkel J.J.B.N., Dallinga J.W., Möller G.M., Godschalk R.W.L., Moonen E.J., Wouters E.F.M., Van Schoo-ten F.J. A profile of volatile organic compounds in breath discriminates COPD patients from controls. Respiratory Medicine, 2010, vol. 104, no. 4, pp. 557–563. doi: 10.1016/j.rmed.2009.10.018.

Basanta M., Jarvis R.M., Xu Y., Blackburn G., Tal-Singer R., Woodcock A., Singh D., Goodacre R., Thomas C.L., Fowler S.J. Non-invasive metabolomic analysis of breath using differential mobility spectrometry in patients with chronic obstructive pulmonary disease and healthy smokers // Analyst. 2010. V. 135 (2). P. 315–320.

Basanta M., Ibrahim B., Dockry R., Douce D., Morris M., Singh D., Woodcock A., Fowler S.J. Exhaled volatile or-ganic compounds for phenotyping chronic obstructive pulmonary disease: a cross-sectional study // Respiratory Research. 2012. V. 13.

Basanta M., Ibrahim B., Dockry R., Douce D., Morris M., Singh D., Woodcock A., Fowler S.J. Exhaled volatile organic compounds for phenotyping chronic obstructive pulmonary disease: a cross-sectional study. Respiratory Research, 2012, no. 13. doi: 10.1186/1465-9921-13-72.

Paredi P., Kharitonov S.A., Leak D., Ward S., Cramer D., Barnes P.J. Exhaled ethane, a marker of lipid peroxidation, is elevated in chronic obstructive pulmonary disease // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2000. V. 162 (2 Pt 1). P. 369–373.

Paredi P., Kharitonov S.A., Leak D., Ward S., Cramer D., Barnes P.J. Exhaled ethane, a marker of lipid peroxida-tion, is elevated in chronic obstructive pulmonary disease. Am. J. Respir. Crit. Care Med., 2000, vol. 162 (2 Pt 1), pp. 369–373.

Шулагин Ю.А., Степанов Е.В., Чучалин А.Г., Бабарсков Е.В., Дьяченко А.И., Павлов Б.Н. Лазерный анализ эндогенного CO в выдыхаемом воздухе // Труды Института общей физики им. А.М. Прохорова. 2005. Т. 61. С. 135–189.

Shulagin Yu.A., Stepanov Ye.V., Chuchalin A.G., Babarskov Ye.V., D'yachenko A.I., Pavlov B.N. Laser analysis of endogenous CO in the exhaled air. Proceedings of the Institute of General Physics A.M. Prokhorov, 2005, vol. 61, pp. 135–189 (in Russian).

Бинги В.Н., Степанов Е.В., Чучалин А.Г., Миляев В.А., Москаленко К.Л., Шулагин Ю.А., Янгуразова Л.Р. Высокочувствительный анализ NO, NH3, CH4 в выдыхаемом воздухе с помощью перестраиваемых диодных лазеров // Труды Института общей физики им. А.М. Прохорова. 2005. Т. 61. С. 189–210.

Bingi V.N., Stepanov Ye.V., Chuchalin A.G., Milyaev V.A., Moskalenko K.L., Shulagin Yu.A., Yangurazova L.R. High-sensitivity analysis of NO, NH3, CH4 in exhaled air with tunable diode lasers. Proceedings of the Institute of General Physics. A.M. Prokhorov, 2005, vol. 61, pp. 189–210 (in Russian).

Шулагин Ю.А. Мониторинг эндогенной моноокиси углерода в выдыхаемом воздухе человека и животных методами лазерного спектрального анализа: дис. … кандидат биологических наук. М., 2005. 194 с.

Shulagin Ju.A. Monitoring of endogenous carbon monox-ide in the exhaled air of humans and animals by the laser spectral analysis. Dis. cand. biol. sci. Moscow, 2005. 194 p. (in Russian).

Краснобаева Л.А., Селиванова П.А., Старовойтова Е.А., Куликов Е.С., Кириллова Н.А., Кистенёв Ю.В., Огородова Л.М., Никифорова О.Ю., Фокин В.А., Мочула А.В., Мочула О.В. Использование метода лазерной спектроскопии в оценке эффективности терапии пациентов с тяжелой бронхиальной астмой // Бюл. сиб. медицины. 2011. Т. 10, № 4. С. 15–21.

Krasnobayeva L.A., Selivanova P.A., Starovoitova Ye.A., Kulikov Ye.S., Kirillova N.A., Kistenyov Yu.V., Ogorodova L.M., Nikiforova O.Yu., Fokin V.A., Mochula A.V., Mochula O.V. Using the method of laser spectroscopy in the evaluation of the therapy effectiveness in patients with severe bronchial asthma. Byulleten sibirskoi meditsiny – Bulletin of Siberian Medicine, 2011, vol. 10, no. 4, pp. 15–21.

Краснобаева Л.А., Селиванова П.А., Старовойтова Е.А., Куликов Е.С., Кириллова Н.А., Кистенев Ю.В., Мочула А.В., Мочула О.В., Огородова Л.М., Фокин В.А., Бажин С.И., Эйдензон Д.В. Динамика газовыделений больных тяжелой бронхиальной астмой на фоне базисной противовоспалительной терапии // Бюл. сиб. медицины. 2010. Т. 9, № 6. С. 55–61.

Krasnobayeva L.A., Selivanova P.A., Starovoitova E.A., Kulikov Ye.S., Kirillova N.A., Kistenev Yu.V., Mochula A.V., Mochula O.V., Ogorodova L.M., Fokin V.A., Bazhin S.I., Eidenzon D.V. Dynamics of gas evolutions in patients with a heavy bronchial asthma on a background of basic anti-inflammatory therapy. Byulleten sibirskoi meditsiny – Bulletin of Siberian Medicine, 2010, vol. 9, no. 6, pp. 55–61.

Fens N., Van der Schee M.P., Brinkman P., Sterk P.J. Ex-haled breath analysis by electronic nose in airways disease. Established issues and key questions // Clin. Exp. Allergy. 2013. V. 43, № 7. P. 705–715.

Fens N., Van der Schee M.P., Brinkman P., Sterk P.J. Ex-haled breath analysis by electronic nose in airways disease. Established issues and key questions. Clin. Exp. Allergy, 2013, vol. 43, no. 7, pp. 705–715. doi: 10.1111/cea.12052.

Fens N., Zwinderman A.H., Van der Schee M.P., De Nijs S.B., Dijkers E., Roldaan A.C., Cheung D., Bel E.H., Sterk P.J. Exhaled Breath Profiling Enables Discrimination of Chronic Obstructive Pulmonary Disease and Asthma // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2009. V. 180, № 11. P. 1076–1082.

Fens N., Zwinderman A.H., Van der Schee M.P., De Nijs S.B., Dijkers E, Roldaan A.C., Cheung D., Bel E.H., Sterk P.J. Exhaled Breath Profiling Enables Discrimination of Chronic Obstructive Pulmonary Disease and Asthma. Am. J. Respir. Crit. Care Med., 2009, vol. 180, no. 11, pp. 1076–1082. doi: 10.1164/rccm.200906-0939OC.

Popov T.A. Human exhaled breath analysis // Ann Allergy Asthma Immunol. 2011. V. 106. P. 451–456.

Popov T.A. Human exhaled breath analysis. Ann Allergy Asthma Immunol., 2011, no. 106, pp. 451–456. doi: 10.1016/j.anai.2011.02.016.

Dragonieri S., Annema J.T., Schot R., Van der Schee M.P., Spanevello A., Carratú P., Resta O., Rabe K.F., Sterk P.J. An electronic nose in the discrimination of patients with non-small cell lung cancer and COPD // Lung Cancer. 2009. V. 64, № 2. P. 166–170.

Mazzone P.J., Hammel J., Dweik R., Na J., Czich C., Laskowski D., Mekhail T. Diagnosis of lung cancer by the analysis of exhaled breath with a colorimetric sensor array // Thorax. 2007. V. 62, № 7. P. 565–568.

Mazzone P.J., Hammel J., Dweik R., Na J., Czich C., Laskowski D., Mekhail T. Diagnosis of lung cancer by the analysis of exhaled breath with a colorimetric sensor array. Thorax, 2007, vol. 62, no. 7, pp. 565–568. doi: 10.1136/thx.2006.072892.

Алякринская М.Д., Комар С.И. Клиническое значение определения продуктов свободнорадикального окисления в конденсате выдыхаемого воздуха у больных вне-госпитальной пневмонией // Известия Челябинского науч. центра. 2007. Т. 35, № 1. С 179–182.

Alyakrinskaya M.D., Komar S.I. Clinical significance of determination of free radical oxidation products in exhaled breath condensate in patients with community-acquired pneumonia. Proc. of the Chelyabinsk Scientific Center, 2007, vol. 35, no. 1, pp. 179–182.

Киселев В.И., Хасина М.Ю. Состояние минерального обмена в легких при пневмонии по данным исследования конденсата выдыхаемого воздуха // Тихоокеанский мед. журн. 2006. № 2. С. 19–21.

Kiselev V.I., Hasina M.Ju. State of mineral exchange in the lungs at the pneumonia according to the analyzis of the condensate of exhaled air. Tikhookeanskiy meditsinskiy zhurnal – Pacific Medical Journal, 2006, vol. 2, pp. 19–21.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.