В здоровому тілі - здоровий видих

Аналізувати повітря, що видихається надзвичайно просто - не потрібні хімічні реактиви, пробірки, одноразові голки і лаборантка, яка мучить ваш палець або ліктьову вену. Треба тільки зробити видих в спеціальний пристрій і через кілька секунд або хвилин аналіз готовий. Перспективність неінвазійного напрямки в діагностиці захворювань очевидна - не доведеться відчувати біль та інші неприємні відчуття від забору крові, буде забезпечена повна безпека від зараження СНІДом, вірусним гепатитом та іншими інфекціями, та й кошти вдасться заощадити.

Медицина аж до XX століття була в основному споглядально-описової наукою. Інструментальні методи дослідження стали застосовувати в ній набагато пізніше, ніж в природознавстві. Нам, вже звиклим до рентгенівских апаратів і електрокардіографів, здається дивним, що на початку нашого століття лікарі не могли розпізнати рак легені або інфаркт міокарда при житті хворого.
Зараз медикам відомо більше 10 тисяч різних хвороб і більше 3 тисяч симптомів і синдромів. Багато з них подібні. Про те, як непросто поставити правильний діагноз, особливо в критичній ситуації, знають всі лікарі, а про те, що іноді це необхідно зробити швидко, до сих пір нагадує стара могильна плита на одному з кладовищ Риму: «Він помер від замішання лікарів».
Перш ніж поставити заключний діагноз, лікар не тільки опитує і оглядає пацієнта, але і направляє його в лабораторію - здати аналізи крові, сечі, електро-кардіограму і т д. Але до сих пір в звичайних поліклініках і лікарнях ніхто не звертає хворих на аналіз видихнутого повітря. Про те, що він можливий і корисний для діагностики, не чули навіть самі лікарі.
Здається дивним, чому цей легко доступний для аналізу матеріал довгий час залишався без належної уваги медиків, фізіологів, біологів. У нашій статті мова, звичайно, не йде про показники обсягу легких, споживанні кисню і виділення вуглекислого газу легкими, хоча ці дослідження давно вже проводяться і допомагають в діагностиці захворювань. Ми говоримо про саме видихле повітрі, його хімічний склад, про летючих речовинах, виділених з організму людини через легені.
Завдяки великій поверхні легенів (близько 90 м²) леткі речовини (етанол, аміак, ацетон, оцтова кислота, феноли та інші) дуже швидко переходять з кров'яного русла в зовнішнє середовище з повітрям, що видихається. Саме суміш різних молекул, що виділяються людиною, і становить той індивідуальний, неповторний запах, за яким чуйний ніс собаки фантастично точно знаходить свого господаря з мільйонів двоногих істот.
По запаху же вміли розпізнавати деякі хвороби стародавні цілителі. Запах хворого на тиф схожий на аромат чорного свіжого хліба, від хворого золотухою пахне кислим пивом. Відомий в минулому клініцист М.Я.Мудров наставляв молодих медиків: «Нюх твій нехай буде відчутно не до масті запашного для влас твоїх, не до ароматів, що з одежі твоєї випаровується, котрі всі огидні хворим, а до замкненого і смердючого повітря, що оточує хворого , до заразливого його дихання, поту і всіх його вивержень». У наш час цей метод дослідження хворого назвали б органолептичними. В цілому ряді випадків він дозволяє біля ліжка хворого поставити правильний діагноз.
Солодкуватий «печінковий запах», що видихається обумовлений порушенням обміну ароматичних з'єднань і накопиченням продукту перетворення метіоніну - метілмеркаптана. Цей запах сирої печінки часто болісно переслідує хворих на рак підшлункової залози і може бути одним з перших симптомів цієї недуги. Характерний запах аміаку в повітрі, що видихається при захворюваннях нирок і уремії, «мишачий запах» у хворих на спадкову фенілкетонурію, запах кленового сиропу при порушенні метаболізму жирних кислот і накопиченні кетокислот і амінокислот в крові і сечі, запах ацетону у хворих на цукровий діабет. Різкий специфічний запах з рота - симптом ряду захворювань порожнини рота і шлунка (стоматит, пародонтоз, сіалоаденіт, гінгівіт, гастрит, виразкова хвороба і рак шлунка). При серцево-легеневій недостатності від хворих часто виходить неприємний кислуватий запах недоокислених продуктів обміну, пов'язаний з неповним згорянням білків, жирів і вуглеводів в головній енергетичній топці - печінки. При високій лихоманці, як відзначав ще С.П.Боткин, «...окислення хоча і збільшено, але дає багато продуктів не цілком окислених, інакше кажучи, проміжних хімічних речовин, що складають перехід між тканинами і рідинами організму і продуктами їх остаточного окислення: водою, вугільної кислотою, сечовиною, сечовою кислотою та іншими».
Хворому можуть докучати не тільки реальні, а й уявні запахи. При деяких невротичних станах люди з багатою фантазією можуть пред'являти скарги на періодично переслідують їх запахи ацетону, парфумів, фарби і т.д., хоча насправді від них не пахне нічим. Але буває і так, що незвичайний постійний запах - єдина скарга хворого - це грізний симптом зростаючої пухлини передніх відділів мозку. Самі хворі часто не помічають запахів свого тіла, так як нюх у них пригнічено, однак оточуючим їх здоровим людям, що видихаються випаровування сильно вдаряють в ніс.
Але як би не був чутливий ніс людини або тварин до запахів - це все-таки лише відчуття. Якщо, наприклад, комаха і вловить в 1 см³ повітря 100 молекул статевого феромона, безпосередньо виміряти це не можна. Створення приладів, здатних розпізнавати рекордно малі концентрації речовин і «наздогнати нюх собаки», П.Л.Капица вважав однією з найважливіших проблем фізики майбутнього. Уже зараз чутливість спектральних і фізико-хімічних методів дослідження окремих класів сполук наближається до нюху собаки. А такі речовини без запаху, як окис вуглецю (чадний газ) або вуглекислий газ, прилади розпізнають набагато краще.
Залежно від рівня основного обміну людина виділяє через легені в середньому близько 5 - 18 л СО₂ і 50 г води на годину. А з ними - близько 400 мікродомішок летючих з'єднань. Тому будь-яка летюча речовина, яке кількісно визначається у видихуваному повітрі, можна використовувати як біологічний маркер стану організму.
Як же утворюється багатокомпонентна газова суміш, яка накопичується спочатку в альвеолах легенів? Якщо розглядати живий організм як ідеальну екологічно чисту фабрику, куди надходять складні харчові комплекси і де все йде в справу, то вона повинна викидати в повітря тільки СО₂ і пари Н₂О. Якщо ж у видихуваному повітрі виявляється багато побічних летючих речовин, значить, на цій фабриці десь халтурять. Треба шукати причину або в що надходять продуктах харчування (джерелах утворення летючих речовин), або в цехах переробки (внутрішніх органах), або в транспорті (крові, судинах, органах виділення). Звідси випливає, що за результатами дослідження видихуваних людиною летючих речовин можна судити про характер харчування - чи вистачає в раціоні вуглеводів, чи немає надлишку жирів, ічи багато людей «прийняв на груди», якщо він зловживає алкоголем.
За надлишку або нестачі будь-якого хімічного компонента в спектрі повітря, що видихається можна припустити також спадкову ферментопатію (ущербність або відсутність якихось ферментів організму), захворювання печінки, легенів, нирок, кишечника, центральної нервової системи, ендокринної системи, органів кровотворення.
Щоб отримати добре відтворювані результати аналізу повітря, що видихається, є кілька шляхів.
Можна сконцентрувати мікродомішки летючих речовин з повітря, що видихається в сотні або тисячі разів і потім визначати на приладі з межами виявлення 10 ^-5 - 10 ^-4 г. Цей діапазон чутливості доступний багатьом середнім газовим хроматографам, і з їх допомогою зібрано унікальний фактичний матеріал за складом, що видихається людиною.
Якщо ж обходитися без концентрування, треба підвищити чутливість детектора до граничних можливостей - 10 ^-8 - 10 ^-9 г. На це здатний газовий хроматограф з мас-селективним детектором, або хромато-мас-спектрометр.
Нарешті, можна зосередити основну увагу на кількох компонентах повітря, що видихається, а не на всьому спектрі летючих речовин. Тоді потрібно вибрати селективний детектор для цікавлячих лікаря групи речовин або тільки для однієї речовини.
Автор цієї статті (кандидат меднаук В.А. Скрупський) при аналізі повітря, що видихається у хворих з інсультами в гострій стадії і у кількох хворих при лікувальному голодуванні використовував саме такий шлях. Вдалося також провести тривале моніторне спостереження за виділенням етанолу і ацетону в повітрі, що видихається у хворих, що знаходяться в комі.
Як виявилося, при інсульті з несприятливим результатом у хворих виділяється набагато менше ацетону, ніж у здорових людей. У той же час діабетики, що впали в кому, видихають в десятки і сотні разів більше ацетону, ніж здорові.
Можливості фізико-хімічних досліджень газової фази не обмежуються аналізом повітря, що видихається. Адже можна збирати і вивчати проби внутрішніх порожнинних газів: з різних ділянок бронхів при бронхоскопії, з шлунка при гастроскопії, з товстої кишки при колоноскопії, з сечового міхура при цистоскопії, з порожнини матки при гістероскопії.
У деяких клінічних і науково-дослідних лабораторіях Росії, США, Швеції пацієнта поміщають в циліндричну гермокамеру, пропускають через неї повітря, а на виході визначають в цьому повітрі сумарну величину летючих виділень людини. З більш ніж 400 з'єднань вимальовується індивідуальний метаболічний профіль хворого.
До найбільш вивченим летючих речовин, що видихається людиною, відносяться ацетон і етанол. За даними автора статті, який проводив аналіз летючих ендогенних з'єднань на газовому хроматографі з фотоіонізаційним детектором, у хворих на цукровий діабет, серцево-судинною патологією, у дітей з бронхіальною астмою, діатезом, у вагітних жінок при токсикозах першої половини вагітності вміст ацетону та етанолу значно відрізняється від здорових осіб у контрольній групі (див. таблицю).

Концентрація (у мг/м³) етанолу і ацетону
в повітрі, що видихається

Цікаво, як змінюється виділення ацетону у здорових людей, що знаходяться на повному голодуванні. За перші 4 - 5 діб воно збільшується в десятки разів, а на 8 - 10 добу в деяких піддослідних вміст ацетону в повітрі, що видихається різко падає. Це можна розцінити як сигнал до припинення голодування через початок декомпенсації і небезпеки незворотної дистрофії внутрішніх органів. Якби медикам, які спостерігають за голодовками протеста, дати портативні прилади, що вимірюють вміст ацетону, смертей було б менше.
Як показує історія, інструментальні методи дослідження впроваджувалися в медицину не відразу. Мабуть, тільки рентгенівські промені швидко стали популярними. Набагато повільніше входили в арсенал лікарів стетоскоп Р.Лаеннека, струми Бергера - батька електроенцефалографії. Як би не був талановитий вчений, іноді лише точна апаратура дає йому можливість отримати хороші результати. Так, в 20-х роках минулого століття австрійський психіатр Ганс Бергер зумів виділити з хаосу сигналів головного мозку людини регулярні хвилі незначної амплітуди, і народилася електроенцефалографія. Може бути, пройде зовсім небагато часу, і будуть створені доступні кожній лабораторії високочутливі аналізатори повітря, що видихається. Вони дозволять заглянути в біохімічну фабрику живого організму і поставити правильний діагноз практично на молекулярному рівні. Тоді звичайний лікар поліклініки буде направляти пацієнтів на аналіз повітря, що видихається, як зараз спрямовує на аналіз крові.