Запах как свидетельство болезни
Запах как свидетельство болезни использовался уже давно, еще во времена Гиппократа около 400 лет до нашей эры. [ 1 ] Он по-прежнему используется с упором на летучие органические соединения (ЛОС), содержащиеся в запахе тела. [ 2 ] ЛОС представляют собой молекулярные группы на основе углерода с низкой молекулярной массой, секретируемые в ходе метаболических процессов клеток. [ 3 ] Их профили могут быть изменены такими заболеваниями, как рак , нарушения обмена веществ , генетические нарушения , инфекции и другие. [ 4 ] [ 5 ] Аномальные изменения в составе ЛОС можно выявить с помощью такого оборудования, как газовая хроматография-масс-спектрометрия (ГХ-МС) , электронный нос (электронные носы) и обученное обоняние, не относящееся к человеку. [ 4 ]
История
[ редактировать ]Исторически врачи использовали запахи в качестве диагностического показателя, позволяющего судить о состоянии здоровья пациента. Гиппократ считал дыхание пациентов потенциальным индикатором примерно в 400 г. до н.э. [ 1 ] Гален , Авиценна и другие врачи учитывали запах мочи наряду с цветом, плотностью, осадком и другими параметрами анализа мочи . [ 6 ] Было диагностировано, что в моче со сладким запахом преобладает сангвиник по сравнению с тремя другими жидкостями; резкий запах из-за чрезмерного количества желчи ; и неприятный запах, как при наличии язв в мочевыводящих путях или развитии гнилостной лихорадки, лихорадки, возникающей в юморе. [ 1 ] [ 6 ] [ 7 ]
ЛОС в настоящее время считаются неинвазивными диагностическими биомаркерами, имеющими потенциал для тестирования на месте оказания медицинской помощи (POC) и долгосрочного мониторинга. [ 4 ] [ 8 ]
Летучие органические соединения (ЛОС)
[ редактировать ]
Биохимический механизм образования ЛОС в организме человека до конца не изучен. [ 10 ] Их возникновение связано с изменениями клеточного метаболизма , воспаления и окислительного стресса , когда активные формы кислорода (АФК), образующиеся в результате клеточного дыхания, взаимодействуют с клеточными структурами (такими как мембрана, белки, ДНК и РНК) с образованием ЛОС. [ 10 ] [ 11 ] Накопление происходит в дыхании, на коже, поте, крови, моче и фекалиях. [ 8 ] Образцы можно анализировать различными методами, такими как масс-спектрометрия с проточной трубкой выбранных ионов (SIFT-MS) , полевая спектрометрия асимметричной подвижности ионов (FAIMS) , спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) , масс-спектрометрия реакции переноса протона. (PTR-MS) и другие, но обычно используемыми технологиями являются газовая хроматография с масс-спектрометрией (GC-MS) и электрический нос (e-nose). [ 5 ] Разница в выбранных образцах и методах анализа может объяснить высокую гетерогенность ЛОС, выявленных в разных исследованиях, касающихся одних и тех же заболеваний. [ 1 ]
Электронный нос (e-носы)
[ редактировать ]Электронный нос (e-носы) — это стандартный метод, используемый для идентификации, не специфичной для конкретных соединений, при котором массивы широко настроенных датчиков фиксируют закономерности или отпечатки летучих органических соединений, чтобы различать здоровых и больных людей. [ 3 ] [ 12 ] [ 13 ] Ограничением этого метода является невозможность идентифицировать отдельные биомаркеры, а это означает, что уникальные биомаркеры заболеваний не могут быть обнаружены. [ 3 ]
Газовая хроматография с масс-спектрометрией (ГХ-МС)
[ редактировать ]Газовая хроматография с масс-спектрометрией (ГХ-МС) считается золотым стандартом анализа ЛОС для идентификации конкретных соединений . [ 14 ] Хроматография масс разделяет смесь образцов в газообразном состоянии, пропуская их через колонку с использованием газа-носителя, а -спектрометр идентифицирует соединение. [ 15 ] Ограничением этого метода является необходимость дорогостоящего специализированного оборудования и высококвалифицированного персонала. [ 5 ]
Анализ ЛОС применяется при астме , хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) , муковисцидозе (МВ) , хроническом обструктивном апноэ во сне (СОАС), воспалительных заболеваниях кишечника , раке, инфекциях и других. [ 5 ] [ 1 ] [ 4 ]
Потенциальные диагностические приложения
[ редактировать ]Рак
[ редактировать ]Специфическими для рака легких ЛОС являются 1-пропанол , эндогенный первичный спирт и пентан . [ 1 ] Предполагается, что присутствие пентана в выдыхаемом воздухе пациентов связано с повышенным перекисным окислением жирных кислот, наблюдаемым при тяжелых заболеваниях легких. [ 1 ] с неприятным запахом П-крезол был обнаружен исключительно при колоректальном раке и раке желудка , который, как ожидается, вызван изменением микробиома раком . [ 1 ] Ни одно отдельное соединение не может считаться исключительно биомаркером, но наблюдаемые закономерности содержания ЛОС могут помочь различить определенные заболевания. [ 1 ]
Метаболические расстройства
[ редактировать ]— причины Было обнаружено, что у людей с диабетом повышенная концентрация сладкого запаха мочи, образующегося в результате окисления неэтерифицированных кетонов жирных кислот. [ 12 ] [ 16 ] Выдыхаемый ацетон часто используется в качестве биомаркера, но его значимость в качестве единственного биомаркера диабета неоднозначна. [ 13 ] Ацетон считается биомаркером при других заболеваниях, таких как рак легких и муковисцидоз (МВ), а данные об ацетоне и глюкозе в крови неоднозначны. [ 13 ]
болезнь мочи кленового сиропа Обнаружено, что , характеризующаяся сильным запахом кленового сиропа в моче, имеет более высокий уровень кетокислоты . [ 17 ]
Инфекционное заболевание
[ редактировать ]В дыхании пациентов, инфицированных Aspergillus fumigatus , грибом, вызывающим инвазивный аспергиллез, было обнаружено присутствие 2-пентилфурана, соединения, которое обычно не вырабатывается в метаболизме млекопитающих. [ 18 ] Профили ЛОС могут быть искажены употреблением арахиса, соевого молока и т. д., в которых также содержится 2-пентилфуран. [ 18 ]
У пациентов с муковисцидозом (МВ) уровень этана был значительно выше , чем у лиц без МВ, что коррелировало с повышенным уровнем угарного газа и обструкцией дыхательных путей. [ 19 ] При МВ, вызванном инфекцией P. aeruginosa , цианистый водород , 2-аминоацетофенон и метилтиоцианат были идентифицированы как потенциальные биомаркеры дыхания. [ 19 ]
Нечеловеческое обоняние
[ редактировать ]
Собаки
[ редактировать ]Собак использовали для диагностики симптоматических и бессимптомных людей с метаболическими и инфекционными заболеваниями из-за их высокочувствительного обоняния из-за более высокой плотности упаковки нейронов и трехкратного количества функциональных генов, кодирующих обонятельные рецепторы, по сравнению с людьми. [ 20 ] Это увеличение количества рецепторов приводит к тому, что собаки обладают в 10 000–100 000 раз большей точностью в распознавании химических посланников, чем люди. [ 20 ] Их часто использовали для диагностики бессимптомных людей с различными инфекционными заболеваниями, такими как SARS CoV-2 , грипп H1N1 , малярия , инфекция бычьего вируса и т. д. [ 20 ] [ 21 ]
Рак
[ редактировать ]Первое исследование на обученных собаках, используемых для выявления рака, было опубликовано Willis et al. в 2004 году, заметив, что собаки способны обнаруживать рак мочевого пузыря по образцам мочи. [ 20 ] Впоследствии, в 2004 г., Пикель и др. подтвердили, что собаки способны успешно диагностировать меланому . [ 20 ] В 2008 году Хорват и др. подтвержденные собаки успешно различали раковые и нормальные ткани, а также отличали нераковые патологические ткани от раковых. [ 20 ] Другое исследование Horvath et al. в 2010 году обнаружили, что собаки демонстрируют специфичность более 90% при обнаружении рака яичников по образцам крови, колоректального рака по дыхательному воздуху и рака простаты по собачьей моче. [ 20 ]
Clostridium difficile диарея
[ редактировать ]Первое исследование на собаках, использованных для выявления инфекционных заболеваний, было проведено Bomers et al. в 2012 году. [ 20 ] Собак обучали с помощью пищевых поощрений выявлять людей с диареей, вызванной C. difficile , и результаты показали 100% специфичность и чувствительность при обнаружении в образцах стула. [ 20 ] были способны следить за C. Они также difficile в окружающей среде с чувствительностью 92,3% и специфичностью 95,4% как для обнаружения запаха, так и для способности определить местонахождение источника. [ 22 ] также сообщила о наблюдениях за многообещающей способностью собак обнаруживать C. Программа распознавания собачьего запаха больницы Ванкувера, Канада , difficile оборудовании и C. на больничных поверхностях , трудные резервуары. [ 22 ]
Преимущество использования обученных собак для C. обнаружения difficile по сравнению с традиционным диагностическим методом, основанным на культуре, заключается в быстрой скорости обнаружения, которая занимает всего несколько минут. [ 22 ] Вопрос о том, можно ли повсеместно использовать обнюхивающих собак для диагностики C. difficile , сомнительно, поскольку, хотя он и дает результаты быстрее, чем существовавший ранее тест на амплификацию нуклеиновых кислот, его чувствительность значительно ниже. [ 22 ]
COVID-19
[ редактировать ]Собак приучали вынюхивать ЛОС, связанные с SARS CoV-2, с момента вспышки пандемии COVID-19 . [ 23 ] Их общий уровень успешности обнаружения был аналогичен или выше, чем у процедур полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР) и процедур тестирования антигенов . [ 23 ] Гранжан и др. научили собак сидеть перед образцами от пациентов с положительным результатом на COVID-19. [ 23 ] Уровень успеха в различении запаха пота людей с COVID-19 от людей без COVID-19 составлял от 83% до 100%. [ 23 ] В принципе, собак можно использовать для скрининга людей с различными стадиями инфекции COVID-19 (включая бессимптомных и предсимптомных людей с легкими и тяжелыми симптомами) в различных условиях, таких как школы, транспортные центры, такие как аэропорты, больницы и общественные собрания. [ 23 ] Преимущество использования обученных собак по сравнению с приматами или кошками для выявления COVID-19 заключается в том, что собаки относятся к видам животных с низким риском связывания рецептора ACE2 с SARS CoV-2, что снижает вероятность того, что они станут передатчиками. [ 23 ] Чтобы еще больше свести к минимуму риск передачи вируса собакам, нюхание пота (который имеет низкую способность передачи) считается для собак идеальным механизмом обнаружения COVID-19. [ 23 ] Другими преимуществами использования собак для скрининга на COVID-19 по сравнению с нынешним методом RT-PCR являются более низкая стоимость, меньшая навязчивость по отношению к субъектам и отсутствие задержек с сообщением о результатах. [ 23 ]
Крысы
[ редактировать ]Африканских гигантских сумчатых крыс научили диагностировать более 14 000 больных туберкулезом по запаху мокроты . [ 22 ] способными унюхать около 10 образцов C. По сравнению с собаками , difficile в кале или E.coli в моче в день, крысы могли унюхать до 100 образцов за 20 минут. [ 22 ] Их показатели успешности обнаружения были сопоставимы с исследованием мазков с помощью микроскопии после окрашивания по Цилю-Нильсену с ответом 94% (которые являются обычными методами диагностики туберкулеза в странах с низким уровнем дохода). [ 22 ] Их чувствительность была ниже по сравнению с тестами амплификации нуклеиновых кислот (80%) и с культурой (60–70%). [ 22 ] Крысы считались хорошим инструментом диагностики туберкулеза, несмотря на их меньшую чувствительность, чем тесты на нуклеиновые кислоты, когда диагностические центры находятся в высокоэндемичных странах с периферийными медицинскими центрами без надлежащего лабораторного оборудования. [ 22 ]
Комары
[ редактировать ]Было обнаружено, что комаров привлекают запахи кожи людей, инфицированных малярийными паразитами ( Plasmodium falciparum гаметоциты ). [ 22 ] Привлекательность неинфицированных комаров была в два-три раза выше у детей, инфицированных гаметоцитами, и привлекательность возвращалась к исходному уровню после успешного противомалярийного лечения. [ 22 ] Дальнейшее исследование выявило последовательное влияние малярии на профили ЛОС кожи среди групп населения с высоким уровнем заболеваемости малярией, где у инфицированных наблюдался более высокий уровень альдегидов гептанального, октанального и нонанального, а также заметные различимые эффекты бессимптомных и симптоматических инфекций. [ 22 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Гузер, Флора; Бессьер, Жан-Мари; Уджвари, Беата; Томас, Фредерик; Дюжон, Антуан М.; Дормон, Лоран (01 января 2022 г.). «Запахи и рак: Текущее состояние и будущие направления» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Обзоры о раке . 1877 (1): 188644. doi : 10.1016/j.bbcan.2021.188644 . ISSN 0304-419X . ПМИД 34737023 . S2CID 240461116 .
- ^ Даффи, Эмер; Моррин, Аойф (01 февраля 2019 г.). «Эндогенные и микробные летучие органические соединения в здоровье и заболеваниях кожи» . TrAC Тенденции в аналитической химии . 111 : 163–172. arXiv : 2007.15507 . дои : 10.1016/j.trac.2018.12.012 . ISSN 0165-9936 . S2CID 92740047 .
- ^ Jump up to: а б с Доспинеску, Валентин-Михай; Тиле, Акира; Ковингтон, Джеймс А. (23 июня 2020 г.). «Выявление инфекции мочевыводящих путей — диагностика на основе летучих органических соединений и профиля запаха» . Биосенсоры . 10 (8): 83. doi : 10.3390/bios10080083 . ISSN 2079-6374 . ПМК 7460005 . ПМИД 32717983 .
- ^ Jump up to: а б с д Ронданелли, Мариангела; Прости меня, Федерика; Инфантино, Виттория; Фалива, Милена Анна; Перони, Габриэлла; Яннелло, Джанкарло; Никетти, Мара; Алалван, Тарик А.; Перна, Симона; Кокуцца, Клементина (10 сентября 2019 г.). «Летучие органические соединения как биомаркеры желудочно-кишечных заболеваний и статуса питания» . Журнал аналитических методов в химии . 2019 : e7247802. дои : 10.1155/2019/7247802 . ISSN 2090-8865 . ПМК 6754926 . ПМИД 31583160 .
- ^ Jump up to: а б с д Драгонери, Сильвано; Пеннацца, Джорджио; Каррату, Пьерлуиджи; Реста, Онофрио (01 апреля 2017 г.). «Технология электронного носа при респираторных заболеваниях» . Легкое . 195 (2): 157–165. дои : 10.1007/s00408-017-9987-3 . ISSN 1432-1750 . ПМИД 28238110 . S2CID 19042315 .
- ^ Jump up to: а б Бано, Шайста; Зулкифле, Мохд; Хан, Тарик Надим; Мубин, Мохаммед (6 июля 2018 г.). «Анализ мочи: диагностический инструмент в системе медицины Унани» . Международный журнал медицинских наук и исследований . 8 . ISSN 2249-9571 .
- ^ Бос, Геррит (2000). Ибн аль-Джаззар о лихорадке . Рутледж. ISBN 978-0-7103-0570-1 . OCLC 1247641946 .
- ^ Jump up to: а б Джалал, Ахмед Х.; Алам, Фахмида; Ройчудри, Сохини; Умасанкар, Йогесваран; Пала, Незих; Бхансали, Шекхар (27 июля 2018 г.). «Перспективы и проблемы использования датчиков летучих органических соединений в здравоохранении человека» . Датчики СКУД . 3 (7): 1246–1263. doi : 10.1021/acsensors.8b00400 . ISSN 2379-3694 . ПМИД 29879839 . S2CID 46986804 .
- ^ Jump up to: а б Санчес, Карлос; Сантос, Дж.; Лосано, Хесус (28 февраля 2019 г.). «Использование электронных носов для диагностики заболеваний органов пищеварения и дыхания по дыханию» . Биосенсоры . 9 (1): 35. дои : 10.3390/bios9010035 . ISSN 2079-6374 . ПМК 6468564 . ПМИД 30823459 .
- ^ Jump up to: а б Янссенс, Элин; ван Меербек, Ян П; Ламоте, Кевин (01 сентября 2020 г.). «Летучие органические соединения в матрице человека как биомаркеры рака легких: систематический обзор» . Критические обзоры по онкологии/гематологии . 153 : 103037. doi : 10.1016/j.critrevonc.2020.103037 . ISSN 1040-8428 . ПМИД 32771940 . S2CID 225632239 .
- ^ Лукман Хеким, Нурул Лияна; г-н Ралиб, Ализа Айни; Мат Хаттар, Мазиати Акмаль bt; Б. Ахмад, Фарах; Нордин, Анис Нурашикин; Рахим, Росминазуин Аб; Зааба, Нор Фарахида (01 октября 2021 г.). «Усовершенствованные материалы, чувствительные к пару: существующие и скрытые датчики акустических волн для обнаружения ЛОС как потенциальных биомаркеров рака легких в выдыхаемом воздухе» . Датчики и исполнительные механизмы A: Физические . 329 : 112792. doi : 10.1016/j.sna.2021.112792 . ISSN 0924-4247 .
- ^ Jump up to: а б Бехера, Бхагабан; Джоши, Ратин; Анил Вишну, ГК; Бхалерао, Санджай; Пандия, Хардик Дж (06 марта 2019 г.). «Электронный нос: неинвазивная технология анализа дыхания больных диабетом и раком легких» . Журнал исследований дыхания . 13 (2): 024001. Бибкод : 2019JBR....13b4001B . дои : 10.1088/1752-7163/aafc77 . ISSN 1752-7163 . ПМИД 30620934 . S2CID 58632846 .
- ^ Jump up to: а б с Диксит, Кошики; Фардиндуст, Сомайе; Равишанкара, Адитья; Тасним, Нишат; Хурфар, Мина (25 ноября 2021 г.). «Анализ выдыхаемого воздуха для диагностики и мониторинга диабета: актуальность, проблемы и возможности» . Биосенсоры . 11 (12): 476. doi : 10.3390/bios11120476 . ISSN 2079-6374 . ПМЦ 8699302 . ПМИД 34940233 .
- ^ Окли-Гирван, Ингрид; Дэвис, Шэрон Уоткинс (12 декабря 2017 г.). «Летучие органические соединения на основе дыхания при выявлении рака молочной железы, легких и колоректального рака: систематический обзор» . Биомаркеры рака . 21 (1): 29–39. дои : 10.3233/CBM-170177 . ПМИД 29060925 .
- ^ Дас, Сагник; Пал, Мринал (02 января 2020 г.). «Обзор — неинвазивный мониторинг здоровья человека с помощью анализа выдыхаемого воздуха: комплексный обзор» . Журнал Электрохимического общества . 167 (3): 037562. Бибкод : 2020JElS..167c7562D . дои : 10.1149/1945-7111/ab67a6 . ISSN 0013-4651 . S2CID 214539563 .
- ^ Сааса, Валентин; Малвела, Томас; Бьюкс, Мервин; Мокгото, Матлу; Лю, Чаун-Пу; Мвакикунга, Бонекс (31 января 2018 г.). «Сенсорные технологии обнаружения ацетона в дыхании человека для диагностики и мониторинга диабета» . Диагностика . 8 (1): 12. doi : 10.3390/diagnostics8010012 . ISSN 2075-4418 . ПМК 5871995 . ПМИД 29385067 .
- ^ да Коста, Бруно Руис Брандао; Де Мартинис, Бруно Спиноза (01 ноября 2020 г.). «Анализ ЛОС в моче с использованием масс-спектрометрических методов для диагностики рака: обзор» . Клиническая масс-спектрометрия . 18 : 27–37. doi : 10.1016/j.clinms.2020.10.004 . ISSN 2376-9998 . ПМК 8600992 . ПМИД 34820523 .
- ^ Jump up to: а б Инамдар, Арати А.; Морат, Шеннон; Беннетт, Джоан В. (08 сентября 2020 г.). «Грибковые летучие органические соединения: больше, чем просто необычный запах?» . Ежегодный обзор микробиологии . 74 (1): 101–116. doi : 10.1146/annurev-micro-012420-080428 . ISSN 0066-4227 . ПМИД 32905756 . S2CID 221624018 .
- ^ Jump up to: а б Белизарио, Хосе Э.; Файнтач, Джоэл; Мальпартида, Мигель Гарай (07 января 2021 г.). «Дыхательная биопсия и открытие эксклюзивных летучих органических соединений для диагностики инфекционных заболеваний» . Границы клеточной и инфекционной микробиологии . 10 : 564194. дои : 10.3389/fcimb.2020.564194 . ISSN 2235-2988 . ПМЦ 7839533 . ПМИД 33520731 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Салгирли ДемиРбаш, Ясемин; Сарейюпоглу, Барыш; Озтюрк, Хакан; КиСмали, Горкем; Алпай, Мерве; ИЗБРАННЫЕ Канбей, Хейл; Эмен, Фатих; Бас, Бюлент; Озкул, Айкут (16 марта 2021 г.). «Роль собак-биологов в профилактике и диагностике инфекционных заболеваний: систематический обзор» . Журнал факультета ветеринарной медицины Университета Анкары . 68 (2): 185–192. дои : 10.33988/auvfd.834133 . hdl : 20.500.12684/9828 . ISSN 1300-0861 . S2CID 233604393 .
- ^ Джендрни, Паула; Твеле, Фридерика; Меллер, Себастьян; Остерхаус, Альберт Доминик Марцеллин Эразм; Шальке, Эстер; Волк, Хольгер Андреас (19 августа 2021 г.). «Обнаружение обоняния собак и его значение для медицинского обнаружения» . БМК Инфекционные болезни . 21 (1): 838. doi : 10.1186/s12879-021-06523-8 . ISSN 1471-2334 . ПМЦ 8375464 . ПМИД 34412582 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Камбау, Э.; Поляк, М. (01.04.2020). «Нюхание животных как средство диагностики при инфекционных заболеваниях» . Клиническая микробиология и инфекции . 26 (4): 431–435. дои : 10.1016/j.cmi.2019.10.036 . ISSN 1198-743X . ПМИД 31734357 . S2CID 208142165 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Дики, Томми; Жункейра, Хизер (01 февраля 2021 г.). «На пути к использованию медицинских собак с запахом для скрининга на COVID-19» . Журнал остеопатической медицины . 121 (2): 141–148. дои : 10.1515/jom-2020-0222 . ISSN 2702-3648 . ПМИД 33567089 . S2CID 231882642 .