Analyzátor hmotnostního složení dechu

 

Z jednoho jediného dýchnutí lze o člověku zjistit ledacos: zda je kuřák, jak dbá na ústní hygienu či co naposledy jedl. Mimoto je ale v lidském dechu obsaženo mnoho údajů týkajících se zdravotního stavu každého z nás. Správně určit a dešifrovat tyto údaje však není tak úplně snadné. Analyzovat dech pacienta empiricky je metoda stará již tisíce let a patří k základním postupům při stanovování diagnózy např. v tradiční čínské medicíně. Empirická metoda nicméně nepatří mezi nejpřesnější. Výzkumníci a vývojáři tudíž začali záhy pracovat na umělých analyzátorech dechu.

 

Prvním analyzátorem tohoto druhu byl ve 30. letech minulého století tester obsahu alkoholu v dechu. Od té doby ovšem analyzátory dechu prošly značným vývojem a v současné době již dokážou detekovat v lidském dechu mnoho různých látek. V převážné většině ale jde o přístroje poměrně úzce zaměřené, které nedokážou sledovat větší počet chemických sloučenin současně. Při komplexní analýze dechu je tato skutečnost významným nedostatkem. V dechu je vedle vodní páry a vydechovaného vzduchu obsaženo ještě mnoho dalších látek, z nichž mnohé reflektují zdravotní stav člověka. A právě změna v koncentraci vydechovaných látek může být jedním z prvních projevů závažných onemocnění, jako je např. rakovina plic nebo tuberkulóza. Aby bylo možné tyto nemoci odhalit, je nutné dech analyzovat deseti senzory, z nichž každý detekuje jen určitý omezený okruh sloučenin. Takovéto uspořádání však není pro praxi příliš vhodné, a proto pracovníci společnosti Siemens vyvíjejí analyzátor, který pracuje na zcela odlišném principu.

 

Činnost nového analyzátoru je založena na metodě hmotnostní spektrometrie, která je již několik desetiletí využívána k velmi přesnému stanovování hmotnosti částic či složení sloučenin. Princip hmotnostní spektrometrie je vcelku prostý – jednotlivé molekuly tvořící vzorek látky jsou rozdělovány podle hmotnosti na základě jejich pohybu v elektrickém poli. To ovšem znamená, že lze analyzovat pouze elektricky nabité částice. Na vstupu do spektrometru je proto v případě analýzy dechu umístěn tzv. ionizátor. Dýchne-li pacient do přístroje, vydechnutý vzduch projde nejprve tímto ionizátorem, v němž jsou sloučeniny v dechu „bombardovány“ elektricky nabitými částicemi rtuti. Z původních molekul bez elektrického náboje se tak stanou molekuly elektricky nabité. Ty jsou z ionizátoru vháněny do vlastního analyzátoru, tvořeného čtyřmi proti sobě umístěnými tyčovými elektrodami připojenými ke zdroji elektrické energie, který mezi elektrodami vytváří elektrické pole. Jednotlivé molekuly se v tomto poli pohybují různým způsobem, závislým právě na jejich hmotnosti. Po vylétnutí z analyzátoru molekuly dopadají na detektor, přičemž místo jejich dopadu závisí na tom, nakolik byla jejich dráha při průletu analyzátorem ovlivněna. Na detektoru lze tudíž pozorovat obrazec, který informuje o aktuální koncentraci určitých molekul a je charakteristický pro jednotlivé nemoci.

Nový přístroj má za sebou první sérii ověřovacích zkoušek s pacienty trpícími tuberkulózou, popř. rakovinou plic, které potvrdily jeho funkčnost (obr. 1). Dále je ovšem třeba ještě prověřit, do jaké míry má na výsledky analýzy vliv věk pacienta, jeho pohlaví, stravovací návyky a další faktory. Přístroj tedy čeká ještě velmi mnoho zkoušek a v ordinacích se s ním bude možné setkat nejdříve až za několik let. Přesto jde o velmi pozitivní zprávu – právě rakovina plic totiž patří mezi velmi zákeřné nemoci, které se v raných a ještě relativně dobře léčitelných stadiích projevují jen minimálně a bývají často přehlédnuty (obr. 2). V budoucnu by tak mohla být analýza dechu součástí běžného vyšetření, při němž tak bude možné s výrazně větší pravděpodobností včas diagnostikovat rakovinu plic.

 

Další informace o výzkumných a vývojových aktivitách ve společnosti Siemens lze nalézt na www.siemens.cz/inovace.

(Siemens, s. r. o.)

 

Obr. 1. V tuzemsku je tuberkulóza poměrně vzácným onemocněním; zejména v rozvojových zemích je však zabijákem, který zmaří více než 3 800 životů denně; nový analyzátor by měl pomoci s odhalením jejího důkazu v pacientově dechu už v raném stadiu nemoci

Obr. 2. Dříve se lékaři setkávali s rakovinou plic jen výjimečně; s masovým rozšířením kouření, zejména cigaret, se však situace změnila a v současnosti je rakovina plic rakovinným onemocněním s jednoznačně největší úmrtností; problém tkví zejména v minimálních projevech nemoci v jejím raném stadiu, které je dosud téměř nemožné odhalit jinak než pomocí rentgenu