12/4/2013 1 1 ANALÝZA DECHU Doc. RNDr. Petr Kubáň, Ph.D. Bioanalytická Instrumentace, CEITEC, MU Ústav Chemie, PřF, MU Člověk dýchá od narození Denní výměna vzduchu Celý život : 70 let X 365 dní DECH fakta 10.000 L / den 255 500 000 L = 255 000 m3 Srovnání objemu: Rodinný dům : 1000 m3 Menší mrakodrap ~ 255 000 m3 http://online.wsj.com/news/interactive/HEA LTHCOL1009?ref=SB10000872396390444 024204578044401470426998 Úvod Důležitost klinické analýzy Příklady – krevní vyšetření POC analýza Glukometr Test moči Těhotenský test Neinvazivní dávkování INVAZIVNÍ vs. NEINVAZIVNÍ ODBĚR KREV CSF (cerebrospinal fluid) BIOPSIE TKÁŇOVÝ ODBĚR MOČ SLINY DECH 1506 by Ulrich Pinder Epiphanie Medicorum 12/4/2013 2 Testování moči - uroskopie Sladká - diabetes Hnědavá - žloutenka Červené zbarvení, pěna - ledviny Krev - rakovina močového ústrojí HISTORIE ANALÝZY DECHU Hippokrates (460 BC – c. 370 BC) fetor oris and fetor hepaticus in his treatise on breath aroma and disease Hippocrates, The Corpus: The Hippocratic Writings, Kaplan Publishing, New York, 2008. The Hippocratic Corpus (Latin: Corpus Hippocraticum) is a collection of around seventy early medical works from Alexandrian Greece.It is written in Ionic Greek Paličkovité prsty u pacienta s Eisenmengerovým syndromem Poprvé popsány Hipokratem, "Hippocratic fingers". jsou důsledkem dlouhodobé hypoxie periferie u cyanotických srdečních vad. Paličkové prsty jsou připisovány chorobám plicním: rakovina plic, CF, komplikovaná TBC, srdečním chorobám Antoine Lavoisier 1784 "Experiments on Animal Respiration and the Changes Occurring When Air Passes Through the Lungs" 1897 Nebelthau jedinci, kteří trpí cukrovkou mají v dechu aceton 1874 Anstie made an observation that small amounts of alcohol were excreted in breath 1927 Bogen první alko tester McNalley Breathalyzer 1936 Patent Harger MODERNÍ ÉRA ANALÝZY DECHU 1971 Linus Pauling (nositel Nobelovy ceny 1954) analyzoval v dechu ca 250 různých VOC V současnosti identifikováno ca 400 látek 12/4/2013 3 -poprvé analyzoval kondenzát dechu - použil kondenzaci a zmražení v ocelové trubici ledové lázni Další práce na téma EBC: 1979 T.V. Larson, D.S. Covert, R. Frank, J. Appl. Physiol. 46 (1979) 603– 607. 1980 G.I. Sidorenko, E.I. Zborovskii, D.I. Levina, Ter. Arkh. 52 (1980) 65–68. 1987 M.V. Kurik, L.V. Rolik, N.V. Parkhomenko, L.I. Tarakhan, N.V. Savitskaia, Vrach Delo 7 (1987) 37–39. METODY ANALÝZY DECH TĚKAVÉ LÁTKY NETĚKAVÉ LÁTKY IMS SIFT MS GC/MS Spektrofotometrie, enz. reakce HPLC GC CE ANALÝZA TĚKAVÝCH LÁTEK Iontová mobilitní spektrometrie Selected ion flow tube mass spectrometry Plynová chromatografie s MS Velké množství látek, malé koncentrace Nutnost zakoncentrování Kontaminace z okolí Využití statistických metod pro analýzu dat IMS příklad 12/4/2013 4 SIFT MS příklad Selected ion flow tube mass spectrometry, SIFTMS, is a technique for real-time measurement of concentrations of trace gases and vapours of volatile compounds in humid air including exhaled breath. It is based on chemical ionization using H3O+, NO+, and O2 + precursor (reagent) ions via ion/molecule reactions proceeding during an accurately defined time. Absolute concentrations of trace gases can be calculated from the ratios of ion count rates using the know reaction rate constants with a limit of detection being typically 1 parts-per-billion, ppb. SIFT-MS is used in several areas of research including non-invasive breath analysis for clinical diagnosis and for therapeutic monitoring, environmental research and security related research. GC/MS příklad 12/4/2013 5 ANALÝZA NETĚKAVÝCH LÁTEK Spektrofotometrie Enzymatické reakce HPLC, HPLC/MS GC, GC/MS CE Relativně méně látek, také malé koncentrace Látky rozpustné ve vodě KONDENZÁT VYDECHOVANÉHO VZDUCHU EBC Respiratory droplets Plíce jsou houbovitý šedorůžový orgán, který vyplňuje převážnou část hrudníku. Svým tvarem připomínají křídla. Povrch plic je krytý blánou zvanou poplicnice. Máme pravou a levou plíci. Pravá je větší, skládá se ze tří laloků. Levá má pouze dva laloky. PLÍCE A DÝCHÁNÍ Průdušnice Průdušky Průdušinky Plicní sklípky v plicních sklípcích dochází k vlastní výměně plynů mezi vzduchem a krví v sítích krevních kapilár obetkávajících alveoly. V obou plicích je celkem 300 – 400 milionů alveolů, jejichž celková plocha činí při vdechu 55 – 80 m2. ALF respiratory droplets respiratory surface air flow respiratory droplet evolution evaporation 12/4/2013 6 Bronchiole fluid film burst (BFFB) model G.J. Johnson, L. Morawska, J. Aersol. Med. Pulm. Drug Deliv. 22 (2009) 229–237 DÁVKOVÁNÍ EBC Principem je kondenzace vydechovaného vzduchu po ochlazení Přístroje - komerční - vědecké - jednoduché přenosné KOMERČNÍ PŘÍSTROJE VĚDECKÉ PŘÍSTROJE 12/4/2013 7 SROVNÁNÍ CENA: 1 Kč Objem EBC/1 výdech: 20 uL CENA: 500 Kč Objem EBC/1 výdech: 30 uL 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 1 2 3 4 5 6 počet výdechů Our design R-tube µL L-arg NO NO2 - NO3 - RS-NO ONOO - O2 - tyrosine 3-NT citrulline arachidonic acid8-IP 5-HPETE LTA4 LTB4 LTC4 LTD4 LTE4 PGG2/PGH2 TxA2 TxB2PGE2 PGF2α PGD2 ROS MARKERY OXIDAČNÍHO STRESU 12/4/2013 8 ASTHMA Asthma is a disease that causes the airways of the lungs to swell and narrow, leading to wheezing, shortness of breath, chest tightness, and coughing. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmedhealth/aboutnlm/ A peak flow meter is commonly used by a person with asthma to measure the amount of air that can be expelled from the lungs. If the airways become narrow or blocked due to asthma, peak flow values will drop because the person cannot blow air out of the lungs as well. A peak flow meter can be a useful aid in monitoring a person's asthma over time and can also be used to help determine how well a patient's medications are working. NO MONITORING www.nioxmino.com, www.aerocrine.com COPD Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is one of the most common lung diseases. It makes it difficult to breathe. There are two main forms of COPD: Chronic bronchitis, which involves a long-term cough with mucus. Emphysema, which involves destruction of the lungs over time. Most people with COPD have a combination of both conditions. CF – cystická fibróza lidská dědičná nemoc, která postihuje převážně dýchací a trávicí soustavu. Jde o autozomální recesivní vrozené onemocnění způsobené mutací genu produkujícího protein CFTR (anglicky Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). Léčba se v současnosti soustřeďuje zejména na léčbu dýchacího ústrojí – inhalace, fyzioterapie, antibiotika. Nemocní užívají trávicí enzymy v kapslích, tedy na odstraňování důsledků onemocnění. Jeho příčina je léčitelná, ale zatím nevyléčitelná.[1] Polovina nemocných se dnes v České republice dožívá alespoň 32 let. Předpokládá se, že každý 25. člověk v populaci je přenašečem postiženého genu, ale jelikož má jednu kopii poškozenou a druhou v pořádku, onemocnění se u něho neprojevuje 12/4/2013 9 PŘÍKLADY MONITOROVÁNÍ MARKERů OX. STRESU PŘÍKLAD ANALÝZY EBC POMOCÍ KAPILÁRNÍ ELEKTROFORÉZY 12/4/2013 10 Měření laktátu v EBC STANOVENÍ MARKERU RAKOVINY PLIC 12/4/2013 11 ZÁVĚR Analýza dechu se jeví jako slibný diagnostický nástroj Než bude možné jej použít v klinické praxi, je třeba provést standardizaci jak dávkování tak obsahu biomarkerů u zdravé populace Dech je komplexní vzorek a analýza jednotlivých markerů není jednoduchá, je třeba vyvinout nové, citlivé metody analýzy Aplikace v point of care diagnostice. Využití statistických metod a chemometrie. A JEDNA PERLIČKA NA KONEC... The year 2003 has seen a new direction of canine detection research at our Department. According to some anecdotal reports dogs are able to detect the presence of human cancers on the basis of odorous volatile organic compounds produced by cancer tissue. The trained dogs were able to distinguish breath samples taken from patients with lung or breast cancer versus healthy volunteers with a sensitivity and specificity of about 97%! This is a significantly higher rate than that achieved using gas chromatography and mass spectroscopy. Děkuji za pozornost !