Анализ эндогенного СО в выдыхаемом воздухе методами диодной лазерной спектроскопии Степанов Е.В., Дьяченко А.И. Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН Шулагин Ю.А. ГНЦ РФ Институт медико-биологических проблем РАН

Молекулы-биомаркеры в выдыхаемом воздухе О 2 (кислород) СО 2 (углекислый газ) Н 2 О (вода) N 2 (азот воздуха) СО (угарный газ), NO (монокись азота), NH 3 (аммиак), CH 4 (метан), C 2 H 4 (этилен), С 2 Н 6 (этан), изомеры: 13 СО 2, 15 NH 3, HDO Основное содержание Легкие молекулы-биомаркеры: + еще около 600 летучих молекул ( также потенциальных биомаркеров) 10 Относительное содержание в ВВ N2N2 О2О2 CO 2 CO NO, NH 3 CH 4 HO 2 C 2 H 4, C 2 H 6 CS 2 1 млн -1 1 млрд -1 1 трлн -1 1 Атм СО (угарный газ), N2ON2O

Роль СО в организме и его диагностическая значимость вторичный месенджер для нейромедиаторов и гормонов активизирует гуанилат циклазу и т.о. участвует в регуляции активности протеинкиназ и др.процессах регулятор тонуса кровеносных сосудов участвует в работе памяти разделяет с О 2 общую систему транспорта и буферирования (можно использовать как маркер при исследовании системы транспорта кислорода) СО ОБРАЗУЕТСЯ в организме при гемолизе эритроцитов, т.е. при обновлении клеток крови

Схема метаболизма СО в организме СО

Транспорт эндогенного СО в организме Клетки Ткани Кровь Легкие Эритроциты Гемоглобин Гем HbCO+O 2 =HbO 2 +CO Hb+CO=HbCO СО

Спектр поглощения СО в среднем ИК-диапазоне СО

Схема лазерного анализатора СО Схема анализатора 1.ПДЛ в криостате 2.ИК фотоприемник 3.Поворотные зеркала 4.Двулинзовые объективы CaF 2 5.Калибровочная кювета 6.Реперная кювета 7.Многоходовая кювета 1.ПДЛ в криостате 2.ИК фотоприемник 3.Поворотные зеркала 4.Двулинзовые объективы CaF 2 5.Калибровочная кювета 6.Реперная кювета 7.Многоходовая кювета Характеристики Чувствительность к СО~5 ppb Точность~3% Селективность~100% Быстродействие~5 c Время непрерывного мониторингане ограничено СО

Лазерный анализатор СО в выдыхаемом воздухе и его клинические испытания СО

Лазерный спектр пропускания СО Т=78 К I th =0.8 A РАБ = 4.73 мкм I РАБ =2.85 A длина мод ~4 см -1 d /dt=5*10 4 см -1 /с Т=78 К I th =0.8 A РАБ = 4.73 мкм I РАБ =2.85 A длина мод ~4 см -1 d /dt=5*10 4 см -1 /с Параметры импульса (диффузионный лазер) Параметры импульса (диффузионный лазер) СО

Исследования выделения СО с выдыхаемым воздухом Выделение в норме Пол Возраст Циркадные ритмы Зависимость от состава вдыхаемого воздуха Гипероксия (О 2 З) Гипоксия (О 2 И) Гиперкапния (СО 2 З) Изменение уровня СО З Выделение при нагрузочных тестах Физическая нагрузка Гипервентиляция Задержка дыхания Гипербария Выделение при заболеваниях Органы дыхания Нарушения метаболизма СО Модель выделения СО с выдыхаемым воздухом

Динамика опустошения буферных систем СО СО Динамика выделения СО при дыхании кислородом неинвазивное определение концентрации гемоглобина крови Динамика выведения экзогенного СО у курильщика HbCO + O 2 HbO 2 + CO

Физическая нагрузка (pH ) Гипервентиляция (pH ) Мониторинг динамики кислотно-основного состояния в организме СО

Вариации выделения эндогенного СО с выдыхаемым воздухом за счет снижения диффузионной емкости легких при пневмонии СО

Выделение СО при различных заболеваниях СО

Перспективы использования анализа эндогенного СО в биомедицинской диагностике Диагностика патологий процессов гемолиза эритроцитов (анемии, гепатит, радиационные поражения) Диагностика проницаемости легочной мембраны Диагностика процессов доставки кислорода к тканям Исследование динамики КОС в тканях Гипербарическая физиология и спортивная медицина Токсикология Космическая медицина (оценка воздействия радиации) СО