Каким образом c помощью алкотестера можно определить содержание алкоголя в крови
по выдыхаемому воздуху спустя несколько часов после употребления спиртного?
Выдыхаемые пары воздуха содержат сотни и даже тысячи
летучих органических соединений —
микроскопических молекул, вес которых настолько мал,
что они способны переноситься по воздуху, как газы.
Одной из таких молекул является этанол, содержащийся в алкогольных напитках.
Через кровоток этанол попадает в крошечные альвеолярные мешочки лёгких,
а оттуда — в выдыхаемый воздух.
При этом концентрация этанола в воздухе
оказывается в среднем в 2 000 раз меньше, чем в крови.
Когда человек делает выдох в алкотестер,
этанол с выдыхаемыми парами попадает в реакционную камеру.
Там он образует молекулу уксусной кислоты;
при этом происходит реакция, во время которой вырабатывается электрический ток.
Величина силы тока указывает на содержание этанола
в пробе воздуха и, соответственно, в крови.
Помимо летучих органических соединений, таких как этанол,
который содержится в продуктах питания и напитках,
в результате биохимических процессов
в наших клетках образуются и другие соединения.
И когда эти процессы нарушаются из-за болезни или по другой причине,
может измениться и состав летучих органических соединений.
Означает ли это, что мы можем выявить заболевание,
проанализировав выдыхаемые пары воздуха
и не прибегая к инвазивным диагностическим методам,
таким как биопсия, забор крови и лучевая диагностика?
Теоретически — да,
однако диагностирование заболевания —
процедура гораздо более сложная, нежели определение алкоголя в крови.
Чтобы выявить заболевание на основе выдыхаемого воздуха,
необходимо провести анализ десятков органических соединений.
Если человек болен, концентрация одних соединений
может увеличиться или уменьшиться,
а других — остаться неизменной.
Показатели, скорее всего, будут зависеть от каждого конкретного заболевания
или даже стадии одного заболевания.
К примеру, онкологические заболевания
являются наиболее исследованными и прекрасно подходят
для диагностирования по выдыхаемому воздуху.
Одним из биохимических изменений, вызываемых многими видами опухолей,
является ускорение процесса гликолиза,
сопровождающегося усиленным выделением энергии.
Явление, известное как эффект Варбурга,
характеризуется ускорением гликолиза
и приводит к увеличению выработки таких метаболитов, как лактат,
что в свою очередь оказывает влияние на целый ряд метаболических процессов
и в конечном итоге вызывает изменение состава выдыхаемого воздуха,
включая, вероятно, повышенную концентрацию летучих соединений,
таких как диметилсульфид.
Однако эффект Варбурга —
это лишь один из возможных показателей онкологического заболевания,
который не несёт в себе никакой информации о типе рака.
Поэтому, чтобы поставить точный диагноз,
необходимо изучить множество других показателей.
Чтобы найти едва различимые отличия,
исследователи проводят сравнительный анализ
состава выдыхаемого воздуха здоровых людей
и людей, страдающих определёнными заболеваниями,
используя клинические характеристики сотен проб выдыхаемого воздуха.
Проведение такого развёрнутого анализа требует совершенно иного,
более универсального типа датчика, отличного от алкотестера.
Сегодня разрабатывается несколько таких приборов.
Одни датчики фиксируют различия между отдельными соединениями,
отслеживая, как те передвигаются по электрическим полям.
В основе других будут использоваться резисторы,
сделанные из различных материалов,
сопротивление которых будет меняться в зависимости от состава смеси
летучих органических соединений.
Однако и здесь возникают сложности.
Концентрация летучих органических соединений бывает невероятно мала —
как правило, их содержится единицы на миллиард,
что намного меньше, чем концентрация этанола в парах выдыхаемого воздуха.
Более того, содержание смеси летучих соединений
определяется и другими факторами,
такими как возраст, пол, питание и образ жизни, а не только наличием заболевания.
И, наконец, возникает вопрос,
каким образом отделить соединения,
образованные в организме человека,
от тех, которые попали в лёгкие извне незадолго до проведения анализа?
А пока эти вопросы остаются нерешёнными,
учёные не готовы ставить диагнозы на основе паров воздуха.
В то же время первые клинические испытания
по диагностированию рака лёгких, кишечника
и других видов рака демонстрируют обнадёживающие результаты.
И однажды ранняя диагностика рака
станет таким же привычным делом, как вдох и выдох.