Биомаркеры в конденсате выдыхаемого воздуха при остром повреждении легких: раннее выявление и предикторы исхода

Острое повреждение легких (ОПЛ) и острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) являются ведущими причинами смертности и заболеваемости в отделениях интенсивной терапии (ОИТ). Причины ОПЛ/ОРДС различаются от пациента к пациенту, включая сепсис, аспирацию, системное воспаление, травму, переливание крови и т. д. При раннем выявлении и лечении выживаемость может быть значительно улучшена. Однако часто бывает трудно отличить ОПЛ/ОРДС от кардиогенного отека легких или других причин даже при использовании передовых технологий и инвазивных инструментов. Потенциальным инструментом является химический тест дыхания, варьирующийся от измерения выдыхаемого газа, такого как выдыхаемый оксид азота или монооксид углерода, до определения летучих органических соединений и профилирования нелетучих биомаркеров. Будучи полностью неинвазивным, отбор проб конденсата выдыхаемого воздуха (КВВ) позволяет клиницистам и исследователям оценивать функции организма более простым и гибким способом. Выдыхаемый воздух содержит тысячи летучих и нелетучих соединений в следовых количествах. Таким образом, только недавно, после разработки высокочувствительных передовых технологий анализа образцов, стала возможной оценка этого типа человеческих образцов. Передовые технологии в протеомике, метаболомике, масс-спектрометрии ГХ/ЖХ и вычислениях для распознавания образов создают область профилирования биомаркеров выдыхаемого воздуха, называемую «дыхательной». После создания метаболического профиля КВР у пациентов с ОПЛ, ОРДС или кардиогенным отеком легких можно было бы создать полезный и мощный неинвазивный инструмент для диагностики ОПЛ/ОРДС и прогнозирования исхода.

Метаболомика, или метабономика, представляет собой широкомасштабный подход к мониторингу как можно большего количества соединений, участвующих в клеточных процессах, в одном анализе для получения метаболических профилей. Хотя метаболомика сначала относилась к мониторингу отдельных клеток, а метабономика относилась к многоклеточным организмам, теперь эти термины часто используются взаимозаменяемо. Метаболические изменения происходят посредством ряда механизмов, включая прямую генетическую регуляцию и изменения ферментативных и метаболических реакций. Метаболомика позволяет дать глобальную оценку клеточного состояния в контексте ближайшего окружения с учетом генетической регуляции, измененной кинетической активности ферментов и изменения метаболических реакций. Таким образом, по сравнению с геномикой или протеомикой метаболомика отражает изменения фенотипа и, следовательно, функции. Методы, применяемые для метаболического профиля, включают ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и масс-спектрометрию (МС). Преимущество метаболомики в том, что она способна искать белки или метаболиты в крови или моче. Метаболомика может быть полезна для понимания метаболического дисбаланса и диагностики заболеваний человека. В ткани молочной железы было изучено более 30 эндогенных метаболитов, и рак молочной железы показывает повышенное общее содержание холинсодержащих соединений (tCho), низкий уровень глицерофосфохолина и низкий уровень глюкозы по сравнению с доброкачественными опухолями или здоровой тканью. Подобно раку молочной железы, рак предстательной железы имеет отчетливый метаболический профиль, характеризующийся высокими уровнями tCho и фосфохолина, а также увеличением продуктов гликолиза лактата и аланина. При раке предстательной железы цитрат также может быть маркером ответа на лечение. Эти результаты показывают потенциальную полезность метаболомики в диагностике рака и клинической оценке.

Химические тесты дыхания имеют широкий спектр применений: от измерения фракции оксида азота в выдыхаемом воздухе (FeNO) для мониторинга эффекта противовоспалительного лечения астмы до определения летучих органических соединений (ЛОС) и профилирования нелетучих биомаркеров в охлажденном образце выдыхаемого воздуха, называемом выдыхаемым воздухом. конденсат дыхания (КДВ). Будучи полностью неинвазивным, отбор проб дыхания позволяет клиницистам и исследователям гибко оценивать различные функции организма. Таким образом, дыхательный тест считается потенциально идеальным кандидатом для целей скрининга. Помимо широко известных компонентов, таких как азот, кислород, углекислый газ, инертные газы и водяной пар, выдыхаемый воздух также состоит из тысяч летучих и нелетучих компонентов, в основном в следовых количествах, что затрудняет обнаружение. Использование инновационных технологий «омики», включая протеомику, метаболомику, масс-спектрометрию, газовую хроматографию/масс-спектрометрию (ГХ-МС) и спектрометрию ионной подвижности, открывает большие возможности в области профилирования выдыхаемых биомаркеров. В отличие от бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ) и индукции мокроты, которая включает вдыхание гипертонического солевого раствора для вызова кашля и, возможно, бронхоконстрикции, КЭБ не влияет на функцию дыхательных путей и не вызывает воспаления. Это может быть легко и безопасно выполнено у пациентов с тяжелым заболеванием и даже позволяет проводить повторные измерения. Таким образом, это относительно новая область с потенциалом для проведения дополнительных исследований для изучения острого повреждения легких метаболомикой.