Анализ эндогенного СО в выдыхаемом воздухе методами диодной лазерной спектроскопии

Молекулы-биомаркеры в выдыхаемом воздухе
О2 (кислород)
СО2 (углекислый газ)
Н2О (вода)
N2 (азот воздуха)
СО (угарный газ),
NO (монокись азота),
NH3 (аммиак), CH4 (метан),
C2H4 (этилен), С2Н6 (этан),
изомеры: 13СО2, 15NH3, HDO
Основное содержание
Легкие молекулы-биомаркеры:
+ еще около 600 летучих молекул (также потенциальных биомаркеров)
10
10
10
10
10
10
10
Относительное
содержание в ВВ
N2
О2
CO2
CO
NO, NH3
CH4
HO2
C2H4, C2H6
CS2
1 млн-1
1 млрд-1
1 трлн-1
1 Атм
СО (угарный газ),
N2O

Роль СО в организме и его диагностическая значимость
вторичный месенджер для нейромедиаторов и гормонов
активизирует гуанилат циклазу и т.о. участвует в регуляции активности протеинкиназ и др.процессах
регулятор тонуса кровеносных сосудов
участвует в работе памяти
разделяет с О2 общую систему транспорта и буферирования (можно использовать как маркер при исследовании системы транспорта кислорода)
СО
ОБРАЗУЕТСЯ в организме при гемолизе эритроцитов, т.е. при обновлении клеток крови

Схема метаболизма СО в организме
СО

Транспорт эндогенного СО в организме
Клетки
Ткани
Кровь
Легкие
Эритроциты
Гемоглобин
Гем
HbCO+O2=HbO2+CO
Hb+CO=HbCO
СО

Спектр поглощения СО в
среднем ИК-диапазоне
СО

Схема лазерного анализатора СО
Схема анализатора
ПДЛ в криостате
ИК фотоприемник
Поворотные зеркала
Двулинзовые объективы CaF2
Калибровочная кювета
Реперная кювета
Многоходовая кювета
Характеристики
Чувствительность к СО ~5 ppb
Точность ~3%
Селективность ~100%
Быстродействие ~5 c
Время непрерывного
мониторинга не ограничено
СО

Лазерный анализатор СО в выдыхаемом воздухе и его клинические испытания
СО

Лазерный спектр пропускания СО
Т=78 К
Ith=0.8 A
λРАБ= 4.73 мкм
IРАБ=2.85 A
длина мод ~4 см-1
dν/dt=5*104 см-1/с
Параметры
импульса
(диффузионный лазер)
СО

Исследования выделения СО с выдыхаемым воздухом
Выделение в норме
Пол
Возраст
Циркадные ритмы
Зависимость от состава вдыхаемого воздуха
Гипероксия (О2 З)
Гипоксия (О2 И)
Гиперкапния (СО2 З)
Изменение уровня СО З
Выделение при нагрузочных тестах
Физическая нагрузка
Гипервентиляция
Задержка дыхания
Гипербария
Выделение при заболеваниях
Органы дыхания
Нарушения метаболизма
СО
Модель выделения СО с выдыхаемым воздухом

Динамика опустошения буферных систем СО
СО
Динамика выделения СО
при дыхании кислородом
неинвазивное определение
концентрации гемоглобина крови
Динамика выведения экзогенного СО у курильщика
τ
HbCO + O2 ⮀ HbO2 + CO

Физическая нагрузка (pH ↓)
Гипервентиляция (pH ↑)
Мониторинг динамики кислотно-основного состояния в организме
СО

Вариации выделения эндогенного СО с выдыхаемым воздухом за счет снижения диффузионной емкости легких при пневмонии
СО

Выделение СО при различных заболеваниях
СО