Исследователи из Института общей физики РАН разработали систему, позволяющую рассказать всё или почти всё о вашем организме по выдыхаемому воздуху.

Выдыхаемый человеком воздух может много рассказать о состоянии организма и помочь поставить диагноз. Ведь состав выдыхаемого воздуха и темп выделения молекул из организма напрямую связаны с биохимическими и физиологическими процессами. Например, одновременное детектирование монооксида и двуокиси углерода (СО и СО ₂) позволяет исследовать кислород-транспортные свойства гемоглобина крови. А с помощью одновременного детектирования CO и закиси азота (N₂O) можно исследовать зависимость газотранспортных свойств легочной мембраны в зависимости от интенсивности кровотока.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Молекулы искомых веществ могут содержаться в выдыхаемом воздухе в очень небольших количествах, поэтому методы, которые были бы способны их определить, должны быть чрезвычайно чувствительными. Исследователи из Института общей физики РАН (ИОФАН РАН) в качестве такого высокочувствительного метода предложили использовать лазерную спектроскопию, для чего разработали многокомпонентный лазерный газоанализатор. 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. Причем с помощью этой спектроскопии можно определить как скорость продуцирования в организме отдельных соединений, так и относительное содержание различных модификаций этих соединений, образующихся при обмене (например, соотношение концентраций ¹³СО₂и ¹²СО₂ или орто- и пара-воды).

Важнейшая составляющая спектроскопической установки – система регистрации и анализа получаемых спектров. Она должна быть чувствительной, с большим быстродействием (чтобы не искажалась форма спектров) и высокоточной. Разработанная в ИОФАН РАН высокочувствительная система регистрации 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, позволяющая четко разделять спектры различных молекул-биомаркеров в сложных по составу средах.

По мнению ученых, диагностика, опирающаяся на газовый анализ выдыхаемого воздуха, может обладать большей достоверностью, универсальностью и позволит проводить комплексные исследования организма. Кроме того, с ее помощью можно расширить круг решаемых медико-биологических проблем, не прибегая к инвазивным методам обследования, т.е. без вмешательства в организм.