Клінічна оцінка аналізу видихуваного газу у підлітків із гастродуоденальною патологією

кореляція співвідношення Max1/Max2 із рівнем базальної інтрагастральної кислотності можуть бути використані в якості нового діагностичного методу сучасної гастроентерології і педіатрії.

ВИСНОВКИ

У дисертації наводиться нове вирішення актуальної наукової задачі сучасної педіатрії, присвяченій удосконаленню методів неінвазивної діагностики хронічних захворювань органів гастродуоденальної зони у підлітків на основі вивчення їх ВГ з застосуванням нових газочутливих сенсорів. Параметри відгуку сенсорів були проаналізовані та співставлені з результатами традиційних клініко-лабораторних та інструментальних методів дослідження.

1. Клінічні прояви хронічної гастродуоденальної патології характеризуються поліморфізмом скарг та відсутністю патогномонічних симптомів при різних варіантах захворювань. У більшості підлітків хвороба перебігає на тлі інфікування Нelicobacter pylori та підвищення рівня базальної інтрагастральної кислотності. Хронічний гастрит, гастродуоденіт та виразкова хвороба можуть призводити до порушень обміну ліпідів та гіпохолестеринемії, причому такі зміни більш характерні для підлітків із деструктивними змінами слизової оболонки шлунка шлунка та дванадцятипалої кишки.

2. При інфікуванні Нelicobacter pylori у підлітків із гастродуоденальною патологією та у практично здорових дітей спостерігається сповільнення часу релаксації сенсорів t2. Такі відмінності можуть бути результатом того, що продукти життєдіяльності цього мікроорганізму, які вміщує видихуваний газ інфікованих, формують більш стійкі зв'язки з газочутливим шаром сенсорів та більш повільно десорбуються з його поверхні. Зазначений ефект має переважно неуреазну природу.

3. У хворих із хелікобактер-асоційованими гастродуоденальними захворюваннями час релаксації має особливості при різному стані слизової оболонки шлунка та дванадцятипалої кишки. Так, найдовша релаксація спостерігається при виразковій хворобі (2,4±0,3 хвилини), менша – при ерозивному гастродуоденіті (1,6±0,3 хвилини) та найкоротша – при запальних формах гастродуоденальної патології (1,3±0,1 хвилини). Це може бути зумовлено різною ступінню мікробної колонізації слизової оболонки, яка значно вища при наявності деструктивних змін. Не можна виключити вірогідність впливу на відгук сенсора та час релаксації продуктів деструкції слизової оболонки.

4. У підлітків із гастродуоденальною патологією параметр відгуку сенсорів Max1/Max2 (відношення максимумів періодів експозиції та релаксації) залежить від рівня базальної інтрагастральної кислотності. Між рН шлункового соку та Max1/Max2 існує зворотно пропорційний лінійний зв’язок (r = - 0,38). Найбільші значення Max1/Max2 спостерігаються у хворих із вираженою тотальною гіпоацидністю, поступово знижуються при зміні рН в кислому напрямку та досягають мінімальних значень при вираженій тотальній гіперацидності.

5. Супутня патологія печінки, жовчного міхура та жовчновивідних шляхів суттєво не впливає на значення відгуку сенсора t2 та Max1/Max2 у підлітків із хронічними гастродуоденальними захворюваннями.

6. Застосування нових сенсорних систем дозволяє отримувати складні криві відгуків, які формуються в результаті сумарного впливу газової суміші на поверхню газочутливого матеріалу. Параметри цих кривих можуть корелювати із різними (декількома) клінічно важливими показниками, а тому сенсорний аналіз видихуваного газу людини може бути інформативнішим за визначення концентрацій його окремих компонентів (наприклад, оксиду азоту, аміаку, водню та ін.). Такий підхід принципово відрізняється від існуючих аналітичних прийомів дихальної діагностики.

7. Виявлені особливості поведінки сенсорів на основі похідних солей TCNQ можуть бути в подальшому використані для визначення та моніторингу стану кислотоутворюючої функції шлунка та інфікування Нelicobacter pylori. Основними перевагами нового дихального тесту є простота методики, неінвазивність та безпечність для пацієнта, економічна доступність і можливість отримувати результат дослідження в режимі online. Це робить його діагностичним засобом нового покоління для виявлення патологічних станів, які традиційно можуть бути встановлені за допомогою інвазивних методів дослідження.

ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Запропонований новий дихальний тест із застосуванням сенсорів на основі солей TCNQ рекомендується використовувати в якості скринінгового дослідження для неінвазивного визначення інфекції Нelicobacter pylori та асоційованих із нею деструктивних захворювань органів гастродуоденальної зони, а також рівня інтрагастральної кислотності шлунку.

2. Значення часу релаксації сенсорів t2 в межах 1,3±0,1 хвилин у підлітків із симптомами диспепсії вказують на наявність хелікобактер-асоційованих запальних, а в межах 2,0±0,2 хвилин – хелікобактер-асоційованих деструктивних змін слизової оболонки шлунка та дванадцятипалої кишки.

3. Підліткам із гастродуоденальною патологією за показником кривої відгуку сенсорів, що характеризує відношення експозиційного до релаксаційного максимумів (Max1/Max2), можна визначити стан інтрагастральної кислотності, використовуючи наступне рівняння:

pH[бали] = 14,75 - 1,33 (Max1/Max2)

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Дослідження видихуваного повітря підлітків із хронічною диспепсією за допомогою нових газочутливих сенсорів: методичні аспекти // Вісник ХНУ ім. В.Н. Каразіна. – 2007. – № 774 (14). – С.102– 107.

2. Аналіз видихуваного газу підлітків із хронічною гастродуоденальною патологією з використанням нових газочутливих сенсорів // Врачебная практика. – 2007. – № 6 (60). – С. 58–63 (співав.: Коренєв М.М., Камарчук Л.В., Поспєлов О.П., Камарчук Г.В.). Автором самостійно проведено збір матеріалу, математичне опрацювання кривих відгуку сенсорів, статистичну обробку результатів, підготовлено матеріали до друку.

3. Результати нового дихального тесту у підлітків із хронічною гастродуоденальною патологією за різної інтрагастральної кислотності // Сучасна гастроентерологія. – 2007. – № 6 (38). – С. 43– 46 (співав.: Коренєв М.М., Камарчук Л.В., Поспєлов О.П., Камарчук Г.В.). Автором самостійно проведено збір матеріалу, ранжування показників інтрагастральної кислотності, проаналізовано їх зв'язок із показниками нового дихального тесту, підготовлено результати до друку.

4. TCNQ derivatives-based sensors for breath gas analysis // Breath Analysis for Medical Diagnosis and Therapeutic Monitoring: Ed. by A.Amann and D.Smith. – World Scientific, Singapore, 2005. – P. 85–99 (співав.: Kamarchuk G.V., Pospyelov O.P., Alexandrov Yu.L., Yeremenko A.V., Kravchenko A.V., Kamarchuk L.V., Faulques E.). Автором самостійно проведено реєстрацію відгуку сенсора у добровольців із виразковою хворобою та практично здорових досліджуваних, виконано математичну обробку кривих відгуку сенсорів та підготовлено результати до друку.

5. Сенсоры активного типа для анализа выдыхаемого газа // Сенсорна електроніка та мікросистемні технології. – 2007. – № 4. – С. 22 – 31 (співав.: Поспелов А.П., Александров Ю.Л., Плетнев А.М., Камарчук Г.В.). Автором самостійно зареєстровано відгук активних та пасивних сенсорів у різних режимах та виконано математичну обробку кривих відгуку.

6. Compounds enhanced in a mass-spectrometric profile of smokers’ exhaled breath versus non-smokers as determined in a pilot study using PTR-MS // Journal of Breath Research. – 2008. – №2. – P. 34-59 (співав.: Schwarz K., Schwentner L., Baumann B., Dzien A., Schmid A., Unterkofler K., Gastl G., Љpanĕl P., Smith D., Amann A.). Автором самостійно проведено аналіз проб видихуваного газу методом газової хроматографії, проведено літературний пошук за даною тематикою, виявлено особливості видихуваного газу, зумовлені палінням.

7. Breath isoprene - aspects of normal physiology related to age, gender and cholesterol profile as determined in a PTR-MS study // Chest. – 2008. – Vol. №12. – (preprint) (співав.: Schwarz K., Schwentner L., Baumann B., Dzien A., Schmid A., Unterkofler K., Gastl G., Љpanĕl P., Smith D., Amann A.). Автором самостійно проведено збір матеріалу, вивчено особливості вмісту ізопрену в видихуваному газі як показника ліпідного обміну та маркеру біосинтезу холестерину.

8. Selectivity of sensor response to the breath gas components as a method of noninvasive diagnostics of human diseases // Book of Abstracts. – Dornbirn (Austria), 2004. – P.115 (співав.: Kamarchuk G.V., Pospelov O.P., Yeremenko A.V., Kamarchuk L.V.). Автором проведено збір матеріалу, математична обробка кривих відгуку сенсорів, статистична обробка результатів.

9. Methodological Approaches to Investigation of Children Breath Gas by New Gas Sensors // Breath Analysis for Clinical Diagnosis and Therapeutic Monitoring: Book of Abstracts. – Innsbruck, 2005. – P. 48 (співав.: Kamarchuk L.V., Pospelov O.P., Zaika A.S., Kamarchuk G.V.). Автором самостійно проведено дослідження особливостей проведення дихального тесту в умовах пролонгованої експозиції та адаптовано її до використання в педіатричній практиці, виконано статистичну обробку даних та підготовлено результати до друку.

10. Breath Gas Analysis by Active Type’s Sensors Based on Organic Compounds // Breath Analysis for Clinical Diagnosis and Therapeutic Monitoring: Book of Abstracts. – Innsbruck (Austria), 2005. – P. 47 (співав.: Pospelov O.P., Kamarchuk G.V. Zaika A.S., Alexandrov Yu.L.). Автором проведені збір матеріалу, математична обробка кривих відгуку сенсорів, статистична обробка результатів.

11. Сенсоры активного типа для анализа выдыхаемого газа // Сенсорна електроніка та мікросистемні технології (СЕМСТ–2): Матеріали міжнар. конф. – Одеса, 2006. – С. 115 (співав.: Поспелов А.П., Александров Ю.Л., Плетнев А.М., Камарчук Г.В.). Автором проведено експерименти по вивченню особливостей відгуку активних сенсорів та порівняно із пасивними з метою розробки нового дихального тесту.

12. Про діагностичні можливості нового неізотопного дихального тесту // Вісник Вінницького національного медичного університету: Матеріали наук. практ. симп. Езофагогастро-РН-моніторинг та ізотопні дихальні тести в сучасній гастроентерології – Вінниця, 2006. – 10 (1). – С. 148 (співав.: Камарчук Л.В., Поспелов А.П., Камарчук Г.В.). Автором проведені збір матеріалу, математична обробка кривих відгуку сенсорів, статистична обробка результатів, підготовлено результати до друку.

13. Математичне обґрунтування аналізу відгуку нових газочутливих сенсорів на видихуване повітря людини як етап у розробці дихального тесту // Сучасні проблеми клінічної педіатрії: Матеріали Ш конгресу педіатрів України. – К., 2006. – С.17– 18. (співав.: Коренєв М.М., Камарчук Л.В., Поспєлов О.П., Камарчук Г.В.). Автором проведено збір матеріалу, математична обробка кривих відгуку сенсорів, статистична обробка результатів.

14. TCNQ derivatives sensors for diagnostic of upper gastrointestinal disorders // Breath Analysis in Physiology and Medicine: Book of Abstracts. – Praga, 2006. – P.14 (співав.: Kamarchuk L.V., Pospelov O.P., Pletnev A.M., Kamarchuk G.V.). Автором проведено збір матеріалу, математична обробка кривих відгуку сенсорів, статистична обробка результатів.

15. New active type sensors for breath gas analysis // Breath Analysis in Physiology and Medicine”: Book of Abstracts. – Praga, 2006. – P.12. (співав.: Pospelov O.P., Alexandrov Yu.L., Zaika A.S., Kamarchuk G.V.). Автором проведено збір матеріалу, математична обробка кривих відгуку сенсорів, статистична обробка результатів.

16. Стан ліпідного обміну у підлітків із синдромом диспепсії // Внутрішні хвороби: Нові аспекти: Матеріали наук. практ. конф.. – Харків, 2007. – С.76 (співав.: Камарчук Л.В., Гуляєва В.Г., Кашина В.Л.). Автором вивчено особливості ліпідного обміну у підлітків при різному стані слизової оболонки шлунка та дванадцятипалої кишки з метою встановлення їх впливу на результати нового дихального тесту.

17. Розробка нового неізотопного дихального тесту для виявлення патології гастродуоденальної зони у дітей та підлітків // Щорічні терапевтичні читання: роль медичної науки в рішенні проблем внутрішніх хвороб: Матеріали наук. практ. конф.. – Харків, 2007. – С. 82 (співав.: Коренєв М.М., Камарчук Л.В., Поспєлов О.П., Камарчук Г.В.). Автором проведено збір матеріалу, математична обробка кривих відгуку сенсорів, статистична обробка результатів, підготовлено матеріали до друку.

18. Клініко-ендоскопічна характеристика підлітків із синдромом хронічної диспепсії // Дитяча гастроентерологія: можливості та перспективи: Матеріали наук. практ. конф.. – Харків, 2007. – С. 39-40 (співав.: Камарчук Л.В., Аверіна І.М., Кашина В.Л., Зуєва І.В., Тараненко О.Б.). Автором зібрано та оформлено клінічний матеріал, проведено статистичну обробку одержаних результатів.

19. Відгук нових газочутливих сенсорів на видихуване повітря підлітків з хронічною диспепсією при різній тривалості експозиції // Дитяча гастроентерологія: можливості та перспективи: Матеріали наук. практ. конф.. – Харків. – 2007. – С. 39–40. Автором проведено експериментальну частину роботи, математичне опрацювання кривих відгуку сенсорів, проаналізовано недоліки та переваги різних підходів щодо проведення дихального тесту.

20. Пат. 18836. Україна. МПК (2006). G01N27/12 Твердотільний датчик складу газу / Александров Ю.Л., Поспєлов О.П., Кущ Є.Г., Заіка О.С., Камарчук Г.В. – Заяв. 09.06.2006. Опубл. 15.11.2006. Бюл. №11. – 4 с.

21. Пат. 17424. Україна. МПК (2006). G01N27/12 Твердотільний газовий сенсор / Поспєлов О.П., Камарчук Г.В., Кущ Є.Г., Александров Ю.Л., Куковицький М.М. – Заяв. 17.04.2006. Опубл. 15.09.2006. Бюл. №9. – 4 c.

АНОТАЦІЯ

Кущ Є.Г. Клінічна оцінка аналізу видихуваного газу у підлітків із гастродуоденальною патологією. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.01.10. – Педіатрія. – Харківська медична академія післядипломної освіти МОЗ України, Харків, 2008.

Дисертація присвячена питанням вдосконалення діагностики захворювань травної системи шляхом аналізу видихуваного газу людини. Вперше в клінічній практиці вивчено відгук нових сенсорів на основі солей TCNQ на дію видихуваного газу підлітків із хронічною гастродуоденальною патологією. Виявлено, що у досліджених хворих криві відгуку сенсорів мають характерні особливості, котрі можуть бути застосовані з діагностичною метою. Встановлено, що відгук сенсорів залежить від інфікування Helicobacter pylori та ступеню хелікобактер-асоційованих змін слизової оболонки шлунка та дванадцятипалої кишки. Вперше запропонована та реалізована ідея визначення цієї бактерії за неуреазними продуктами її життєдіяльності. Виявлено зв'язок показників базальної інтрагастральної кислотності з параметрами відгуку сенсорів та створено математичну модель для визначення стану кислотоутворюючої функції шлунку. Отримані результати можуть бути використані для неінвазивного визначення та моніторингу кислотоутворюючої функції шлунка, інфікування Helicobacter pylori та асоційованих із цією інфекцією деструктивних чи запальних змін слизової оболонки шлунка та дванадцятипалої кишки.

Ключові слова: видихуваний газ, сенсори, дихальний тест, хронічна гастродуоденальна патологія, Helicobacter pylori, інтрагастральна кислотність, підлітки.

АННОТАЦИЯ

Кущ Е.Г. Клиническая оценка анализа выдыхаемого газа у подростков с гастродуоденальной патологией. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата медицинских наук по специальности 14.01.10. – Педиатрия. – Харьковская медицинская академия послядипломного образования МЗ Украины, Харьков, 2008.

Диссертация посвящена вопросам совершенствования диагностики хронических заболеваний пищеварительной системы путем анализа выдыхаемого газа человека с помощью новых газочувствительных сенсоров.

Впервые в клинической практике изучен отклик новых газочувствительных сенсоров на основе синтетических органических проводников (солей TCNQ) на действие выдыхаемого газа подростков с хронической гастродуоденальной патологией. Обнаружено, что у больных с хроническими заболеваниями желудка и двенадцатиперстной кишки кривые отклика сенсоров имеют характерные особенности, которые могут быть использованы с диагностической целью в качестве нового неинвазивного дыхательного теста.

Установлено, что отклик сенсоров на выдыхаемый газ подростков с хронической гастродуоденальной патологией зависит от инфицирования Helicobacter pylori и степени хеликобактер-ассоциированных изменений слизистой оболочки желудка и двенадцатиперстной кишки. Впервые предложена и реализована идея определения хеликобактерной инфекции по неуреазным продуктам ее жизнедеятельности. Обнаружена связь показателей интрагастральной кислотности с параметрами отклика сенсоров, создана математическая модель для определения состояния кислотообразующей функции желудка по результатам нового дыхательного теста. Выяснено, что сопутствующие нарушения обмена липидов, а также наличие патологии печени и желчевыводящих путей не влияют на результаты дыхательного теста у исследованных подростков.

Показано, что использование новых сенсорных систем позволяет получать сложные кривые отклика, которые формируются в результате суммарного влияния газовой смеси на поверхность газучувствительного материала. Параметры этих кривых могут коррелировать с различными (несколькими) клинически значимими показателями. Поэтому сенсорный анализ выдыхаемого газа человека может быть информативнее, чем определение концентраций его отдельных компонентов (например, оксида азота, аммиака, водорода и др.). Такой подход принципиально отличается от существующих аналитических приемов дыхательной диагностики. Полученные результаты могут быть использованы для неинвазивного определения и мониторинга кислотообразующей функции желудка, инфицирования Helicobacter pylori и ассоциированных с этой инфекцией деструктивних или воспалительных изменений слизистой оболочки желудка и двенадцатиперстной кишки.

Ключевые слова: выдыхаемый газ, сенсоры, дыхательный тест, хроническая гастродуоденальная патология, Helicobacter pylori, интрагастральная кислотность, подростки.

ANNOTATION

Kushch I.G. Clinical evaluation of breath analysis using TCNQ-derivatives based sensors in adolescents with gastroduodenal pathology. – The manuscript.

Dissertation for the candidate of medical sciences degree in specialty 14. 01.10 - Pediatrics. Kharkiv Medical Academy of Postgraduate Education (Ministry of Health of Ukraine), 2008.

This study is aimed in developing new alternative methods of noninvasive diagnostics using breath gas analysis in contemporary gastroenterology. The response of new TCNQ-derivatives-based sensors for the action of breath gas of adolescents with chronic gastroduodenal pathology has been investigated. We found that the sensor’s response curves have distinctive features of diagnostic importance in patients under study which can be applied as a new breath test. It has been shown that the sensors’ response depends on presence of Helicobacter pylori and varies in patients with different severity of Helicobacter-associated gastritis and duodenal ulcer. The innovative approach in diagnostics of helicobacteriosis, i.e., recognition of Helicobacter pylori by non urease products of its metabolism has been proposed and realized. Linear correlation between of intragastric acidity level and one of parameters of response curves has been found. The mathematical model to determine state of intragastric acidity basing on the results of breath testing has been created. The concurrent diseases of hepatobiliary system did not influence the results of the new breath test in the investigated cohort. Thus, the results of the study can be implemented into clinical setting as a new breath test for noninvasive detection and monitoring of gastric acidity, HР infection and helicobacter-associated destructive or inflammatory changes of gastric and duodenal mucosa.

Key words: breath gas, sensors, breath test, chronic gastroduodenal pathology, Helicobacter pylori, gastric acidity, adolescents.

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

ВГ – видихуваний газ ВХ – виразкова хвороба ГДЗ – гастродуоденальна зона ГДП – гастродуоденальна патологія ДВ – дуоденальна виразка ДГР – дуодено-гастральний рефлюкс ДПК – дванадцятипала кишка ДТ – дихальний тест ЗХ – загальний холестерин КА – коефіцієнт атерогенності СОШ – слизова оболонка шлунка СО – слизова оболонка ТГ – тригліцериди ПЛР – полімеразна ланцюгова реакція

ХІ – хелікобактерна інфекція ХЕГД – хронічний ерозивний гастродуоденіт ХГД – хронічний гастродуоденіт ХГ – хронічний гастрит ХГДЗ – хронічні гастродуоденальні захворювання ХСЛПВЩ – холестерин ліпопротеїдів високої щільності ХСЛПНЩ – холестерин ліпопротеїдів низької щільності ХСЛПДНЩ – холестерин ліпопротеїдів дуже низької щільності ШКТ – шлунково-кишковий тракт НР – Helicobacter pylori TCNQ – 7,7,8,8-тетрацианохінодиметан