Аспекты применения газоанализаторов no выдыхаемого воздуха в современной практике врача аллерголога-иммунолога

повышения чувствительности эпителия бронхов к аллергенам и неспецифическим раздражителям [2]. При воспалении дыхательных путей увеличивается количество активированных эозинофилов, тучных клеток и Т-лимфоцитов в тканях дыхательных путей, в результате чего развиваются повреждение эпителия, его отек, повышенная секреция слизи и спазм гладкой мускулатуры, ремоделирование слизистой оболочки бронхов, что ведет к клиническим проявлениям бронхиальной астмы (БА). Известно, что в формировании различных фаз иммунного ответа участвуют разные типы клеток. Так, в раннюю фазу воспаления увеличивается количество нейтрофилов в дыхательных путях, в позднюю – Т-лимфоцитов и эозинофилов, что сопровождается увеличением уровня NO в выдыхаемом воздухе. Доказано, что качество жизни пациентов с БА значительно снижается по мере увеличения уровня NO в выдыхаемом воздухе [1].

Считают, что NO также поддерживает бронхоконстрикцию при бронхоспазме, провоцируемом физической нагрузкой. Физическая нагрузка влияет на уровень NO комплексно: с увеличением нагрузки прогрессирующе снижается уровень NO, однако с учетом поправки на гипервентиляцию наоборот происходит рост синтеза NO [6]. В легких NO образуется в клетках эндотелия артерий и вен, нейронах неадренергической, нехолинергической ингибирующей нервной системы, эпителиоцитах, макрофагах, нейтрофилах. Эндогенный NO образуется из аминокислоты аргинина при помощи NO-синтетазы, которая существует в трех изоформах. Две конститутивные изоформы синтетазы находятся в эндотелиальных клетках и в нейронах, они активируются при увеличении концентрации внутриклеточного кальция (обычно в ответ на физиологические стимулы). Третья изоформа является индуцибельной, она начинает синтезироваться в некоторых типах клеток в ответ на присутствие провоспалительных цитокинов и эндотоксина, причем эта индукция блокируется кортикостероидами. Все три изоформы были обнаружены в респираторном тракте человека [3].

В организме продуцируемый NO претерпевает целый каскад превращений, приводящий к образованию стабильных соединений, таких как нитраты, нитриты, S-нитрозотиолы, нитротирозины. Наибольшим процентом выхода из указанных продуктов обладают нитрат- и нит-рит-анионы. Изменение концентрации этих стабильных метаболитов NO в респираторном тракте может быть оценено в конденсате выдыхаемого воздуха. Наиболее информативным для оценки воспалительных изменений в респираторном тракте признано определение маркеров оксидативного стресса [4]. Авторы указывают, что уровень выдыхаемого NO оксида азота может повышаться задолго до появления симптомов БА, свидетельствуя о субклиническом течении аллергического воспаления дыхательных путей. Кроме того, у той части взрослых, которые в детстве имели симптомы БА, повышенный уровень NO в выдыхаемом воздухе в период клинической ремиссии является фактором риска возобновления этого заболевания в другие периоды жизни[5].

Согласно приказу Минздрава РФ от 15 ноября 2012 г. N 916н «Порядок оказания медицинской помощи населению по профилю «пульмонология» в стандартном оснащении пульмонологического отделения (Приложение 9) предусмотрено наличие прибора для определения выдыхаемого NO. Среди диагностических тестов в настоящее время большое внимание уделяется необременительным для пациентов, неинвазивным методикам. Классическим «золотым» стандартом измерения NO в выдыхаемом воздухе является так называемый хемилюминесцентный метод в режиме “online”, но такие анализаторы очень сложны, громоздки и дороги, что делает их доступным только в крупных научноисследовательских центрах. Другие известные способы являются длительными по времени выполнения, трудоемкими и требуют использования дорогих расходных материалов, сложного и дорогостоящего лабораторного оборудования, что затруднительно для выполнения ряда последовательных исследований.

Задачей разработки полезной модели является создание нового способа, позволяющего с высокой точностью и быстро определить содержание NO в выдыхаемом воздухе, ускорить процесс постановки диагноза, при этом позволить производить отсроченные измерения. Разработка прибора производится с применением отечественной элементной базы и оборудования.

Методика исследования, прогнозируемые результаты. Современные газовые анализаторы способны определять концентрацию NO менее 1 ppb, что достаточно для исследований выдыхаемого воздуха. В норме самая высокая концентрация NO обнаруживается в верхних отделах респираторного тракта (до 1000 ppb в носоглотке и околоносовых пазухах), наименьшая (около 7 ppb) - в нижних отделах дыхательных путей. В среднем уровень NO в выдыхаемом воздухе у здоровых лиц колеблется от 10 до 20 ppb при соблюдении стандартов измерений, рекомендованных американским торакальным обществом (ATS) [2].

Ближайшим аналогом NO-sense является способ определения состояния дыхательных путей, заключающийся в том, что обследуемый выдыхает воздух в специальное устройство, а затем определенную его порцию анализируют с помощью хемилюминесценции и по завышенному количественному содержанию NO в анализируемой пробе по сравнению с контролем устанавливают наличие воспалительных заболеваний или риск их возникновения (PCT 95/02181, 19.01.95, G 01 N 33/00). Способ является информативным, точным, но сложным и связан с использованием дорогостоящего оборудования, не обеспечивает возможность отсроченного анализа и проведение исследований в малых клиниках скорой помощи и в полевых условиях.

Отечественной промышленностью производятся электрохимические газовые датчики, предназначенные для работы в составе портативных газоанализаторов NO, в том числе и биологического применения. Электрохимическая ячейка представляет собой трехэлектродную систему, помещенную в камеру с электролитом ЭК (рис. 1). Для обеспечения считывания показаний датчика к его электродам подключается электронное устройство – потенциостат П (рис 2). Со стороны анализируемой среды перед полупроницаемой мембраной М измерительного электрода И находится диафрагма Д, ограничивающая поток анализируемого газа к И. Диафрагма Д и полупроницаемая мембрана М конструктивно оформляют газовую камеру ГК. В некоторых типах электрохимических ячеек ГК заполнена фильтрующим веществом, удаляющим из анализируемого газа компоненты, искажающие измеренный результат.

Рис. 1. Структурная схема электрохимического датчика

Анализируемый газ диффундирует через Д к катализатору измерительного электрода И, на котором претерпевает электрохимические превращения. Генерируемый ток при этом пропорционален концентрации анализируемого газа. Электролит, потенциал измерительного электрода, катализатор измерительного электрода и материал фильтрующего вещества выбираются исходя из условий оптимального анализа.

Рис. 2. Упрощенная принципиальная электрическая схема потенциостата

Таблица 1. Основные технические характеристики электрохимического датчика

Проектируемый портативный анализатор NO в выдыхаемом воздухе No-sensе предназначен для высоко специфичных и воспроизводимых измерений эндогенного монооксида азота в выдыхаемом воздухе (FeNO), проведения скрининговых исследований по раннему выявлению больных БА и мониторинга эффективности применяемых схем лечения (регулирование назначаемых доз лекарственных препаратов и длительности проведения терапии, как амбулаторных, так и госпитализированных больных БА). Основываясь на природной способности железа гема миоглобина и гемоглобина образовывать комплекс с молекулами NO, предложен ряд электрохимических датчиков с органическим электролитом для определения этой молекулы. Особенность таких электрохимических сенсоров – использование наноструктурированных электродов. Технический результат заключается в повышении чувствительности сенсоров и достоверности получаемых результатов. Рынок продукта – от крупных ЛПУ до индивидуального использования. Потребители – пациенты с соответствующей нозологией, профильные специалисты, ГКБ и ЦРБ, СМП. Разница в цене – в 5 раз ниже зарубежного аналога. Отечественная производственная и элементная база. Разработка под контролем ведущих специалистов.

Выводы: в связи с ключевым значением оксидантов в патогенезе БА, исследование механизмов антиоксидантной защиты легких являются первостепенными по важности. В настоящее время измерение уровня NO в выдыхаемом воздухе считается одним из простых, надежных и неинвазивных способов контроля за течением воспаления дыхательных путей. Уровень NO в выдыхаемом воздухе позволяет не только верифицировать диагноз, но и высоко коррелирует со степенью воспалительных изменений, что дает возможность как дифференцировать характер поражений, так и контролировать эффект проводимой терапии, прогнозировать и предупреждать развитие обострений.