Biomarkkerit uloshengitetyn hengityksen kondensaateissa akuutissa keuhkovauriossa: varhainen havaitseminen ja lopputuloksen ennustajat

Akuutti keuhkovaurio (ALI) ja akuutti hengitysvaikeusoireyhtymä (ARDS) ovat yleisimmät kuolleisuuden ja sairastuvuuden syyt tehohoidossa (ICU). ALI/ARDS:n syyt vaihtelevat potilaasta toiseen, mukaan lukien sepsis, aspiraatio, systeeminen tulehdus, trauma, verensiirto jne. Varhaisen havaitsemisen ja hoidon myötä eloonjäämisprosentti voi parantua merkittävästi. Usein on kuitenkin vaikeaa erottaa ALI/ARDS kardiogeenisestä keuhkopöhöstä tai muista syistä jopa kehittyneellä tekniikalla ja invasiivisilla työkaluilla. Mahdollinen työkalu on hengityskemiallinen testi, joka ulottuu uloshengitetyn kaasun, kuten uloshengitetyn typpioksidin tai hiilimonoksidin, mittauksesta haihtuvien orgaanisten yhdisteiden määritykseen ja haihtumattomien biomarkkerien profilointiin. Koska uloshengityshengityskondensaatit (EBC) ovat täysin ei-invasiivisia, näytteenotto uloshengityshengityskondensaateista antaa kliinikoille ja tutkijoille mahdollisuuden arvioida kehon toimintoja helpommin ja joustavammin. Uloshengitys sisältää tuhansia haihtuvia ja haihtumattomia yhdisteitä pieniä määriä. Siksi tämän tyyppisten ihmisnäytteiden arviointi on tullut mahdolliseksi vasta äskettäin, kun näyteanalyysissä on kehitetty erittäin herkkiä huipputeknologioita. Edistyneet teknologiat proteomiikan, metabolomiikan, GC/LC-massaspektrometrian ja kuviontunnistuslaskennan alalla luovat uloshengitettyjen biomarkkerien profiloinnin kentän, jota kutsutaan "breatomiikaksi". Sen jälkeen, kun EBC:n metabolominen profilointi potilailla, joilla on ALI, ARDS tai kardiogeeninen keuhkopöhö, voidaan perustaa hyödyllinen ja tehokas ei-invasiivinen työkalu ALI/ARDS-diagnoosiin ja lopputuloksen ennustamiseen.

Metabolomiikka tai metabonomiikka on laajamittainen lähestymistapa, jolla seurataan mahdollisimman monia soluprosesseihin osallistuvia yhdisteitä yhdessä määrityksessä metabolisten profiilien johtamiseksi. Vaikka metabolomiikka viittasi ensin yksittäisten solujen seurantaan ja metabonomiikka monisoluisiin organismeihin, näitä termejä käytetään nykyään usein vaihtokelpoisina. Metaboliset muutokset tapahtuvat useiden mekanismien kautta, mukaan lukien suora geneettinen säätely ja muutokset entsymaattisissa ja metabolisissa reaktioissa. Aineenvaihdunta mahdollistaa solun tilan maailmanlaajuisen arvioinnin välittömässä ympäristössä, ottaen huomioon geneettisen säätelyn, entsyymien muuttuneen kineettisen aktiivisuuden ja muutokset metabolisissa reaktioissa. Siten genomiikkaan tai proteomiikkaan verrattuna metabolomiikka heijastaa muutoksia fenotyypissä ja siten toiminnassa. Metaboliseen profilointiin sovellettavia tekniikoita ovat ydinmagneettinen resonanssi (NMR) ja massaspektrometria (MS). Metabolomialla on se etu, että se pystyy etsimään proteiineja tai metaboliitteja verestä tai virtsasta. Aineenvaihdunta voi olla hyödyllistä aineenvaihdunnan epätasapainon ymmärtämisessä ja ihmisten sairauksien diagnosoinnissa. Rintakudoksessa on tutkittu yli 30 endogeenistä metaboliittia, ja rintasyövän kokonaiskoliinipitoisuudet (tCho), alhainen glyserofosfokoliini ja matala glukoosi osoittavat kohonneita kasvaimia tai terveitä kudoksia verrattuna. Rintasyövän tapaan eturauhassyövällä on selkeä metabolinen profiili, jolle on tunnusomaista korkeat tCho- ja fosfokoliinitasot sekä glykolyyttisten tuotteiden laktaatin ja alaniinin lisääntyminen. Eturauhassyövässä sitraatti voi myös olla hoitovasteen merkki. Nämä tulokset osoittavat metabolomiikan mahdollisen hyödyn syövän diagnosoinnissa ja kliinisessä arvioinnissa.

Hengityksen kemiallisilla testeillä on laaja kirjo sovelluksia uloshengitetyn typpioksidifraktion (FeNO) mittauksesta astman tulehdusta ehkäisevän hoidon vaikutuksen seuraamiseen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) määritykseen ja haihtumattomien biomarkkerien profilointiin jäähdytetyssä uloshengitetyssä hengitysnäytteessä. hengityskondensaatti (EBC). Koska hengityksen näytteenotto on täysin ei-invasiivista, lääkärit ja tutkijat voivat arvioida eri kehon toimintoja joustavasti. Siksi hengitystestausta pidetään potentiaalisesti ihanteellinen ehdokas seulontatarkoituksiin. Laajalti tunnettujen aineosien, kuten typen, hapen, hiilidioksidin, inerttien kaasujen ja vesihöyryn lisäksi uloshengityshengitys sisältää myös tuhansia haihtuvia ja haihtumattomia komponentteja, pääasiassa pieniä määriä, mikä tekee havaitsemisesta haastavan tehtävän. Innovatiivisten "-omics"-tekniikoiden käyttö, mukaan lukien proteomiikka, metabolomiikka, massaspektromiikka, kaasukromatografia/massaspektrometria (GC-MS) ja ionien liikkuvuusspektrometriat, tarjoaa suuren potentiaalin uloshengitysbiomarkkerien profiloinnin alalla. Toisin kuin bronkoalveolaarinen huuhtelu (BAL) ja ysköksen induktio, johon liittyy hypertonisen suolaliuoksen hengittäminen yskän ja mahdollisesti keuhkoputkien supistumisen aiheuttamiseksi, EBC ei vaikuta hengitysteiden toimintaan tai aiheuta tulehdusta. Se voidaan tehdä helposti ja turvallisesti potilaille, joilla on vaikea sairaus, ja se mahdollistaa jopa toistuvien mittausten tekemisen. Sellaisenaan tämä on suhteellisen uusi ala, jolla on potentiaalia tehdä lisää tutkimuksia metabolomiikan aiheuttaman akuutin keuhkovaurion tutkimiseksi.