Ваш браузер устарел.

Для того, чтобы использовать все возможности сайта, загрузите и установите один из этих браузеров.

скрыть

Article

  • Title

    Application of gas chromatography methods for analysis of exhaled air by patients with respiratory diseases

  • Authors

    Tikhenko Valentyn M.
    Matsegora Nina А.
    Zaitsev Sergiy V.
    Zaitsev Andrey S.
    Kaminska Sofiia О.

  • Subject

    CHEMISTRY. PHARMACEUTICAL TECHNOLOGIES. BIOMEDICAL ENGINEERING

  • Year 2021
    Issue 2(64)
    UDC 615.074:616.23:006.9
    DOI 10.15276/opu.2.64.2021.07
    Pages 52-60
  • Abstract

     Improvement of gas chromatography methods for analyzing the exhaled air of patients when diagnosing the presence and development of pathologies of their respiratory organs is an urgent task. The aim of this work is to analyze proven and promising methods for monitoring the content of vaporous and (or) gaseous biological markers in the exhaled air of patients with respiratory pathologies, as well as the choice of optimal measurement techniques using gas chromatography methods. The analysis of scientific researches and publications in the field of modern methods of control of the content of vapor and (or) gaseous biological markers in the exhaled air of patients is made. The technical requirements are determined and the structural scheme of the multichannel gas chromatograph for measuring the content of vapor and (or) gaseous biological markers in the air exhaled by patients is improved. The main metrological characteristics of the results of measurements of concentrations of vapor and / or gaseous biological markers in air using gas chromatography methods are determined. The main technical requirements for a multichannel gas chromatograph for determining the content of vaporous and (or) gaseous biological markers in exhaled air have been determined. It has been determined that the boundaries of the total relative error of the measurement results at a confidence level of P = 0.95 depend on the ranges of the concentrations of biological markers in the exhaled air of patients. The obtained results make it possible to simplify the procedures for determining the content of biological markers by gas chromatography in the exhaled air, as well as non-invasively to diagnose the presence and development of pathologies of the patients' respiratory organs

  • Keywords respiratory organs, exhaled air, biological markers, chromatography
  • Viewed: 22 Dowloaded: 1
  • Download Article
  • References

     Література

    1. Степанов Е.В., Касоев С.Г. Многокомпонентный анализ биомаркеров в выдыхаемом воздухе методами диодной лазерной спектроскопии. Оптика и спектроскопия. 2019. Т. 126 (6). С. 810–819. DOI: 10.21883/OS.2019.06.47777.57-19.

    2. Скоморощенко В.И., Пенкова О.В., Кистенев Ю.В., Борисов А.В. Выявление наиболее специфичных летучих метаболитов методом газовой хроматографии в пробах выдыхаемого воздуха больных раком легких и здоровых добровольцев. Вестник Томского государственного университета. Химия. 2017. № 7. С. 45–54.

    3. Антипкін Ю.Г., Чумаченко Н.Г. Амінокислотний склад сироватки крові та конденсату видихуваного повітря у дітей з бронхіальною астмою. Перинатологія і педіатрія. 2017. № 4 (72). С. 99–105.

    4. Мацегора Н.А., Зайцев А.С., Беседа Я.В., Смольська І.М., Лекан О.Я., Шпота О.Є. Сучасні методи діагностування захворювань внутрішніх органів за результатами контролю вмісту специфічних компонентів у повітрі, що видихають пацієнти. Вісник морської медицини. 2021. № 3 (92) С. 129–140.

    5. Степанов Е.В. Методы высокочувствительного газового анализа молекул-биомаркеров в исследованиях выдыхаемого воздуха. Труды института общей физики им. А.М. Прохорова. 2005. Т. 61. С. 1–47.

    6. Сергиенко Д.В., Петров В.В., Мясоедова Т.Н., Коробкова А.И. Разработка технологии получения высокочувствительных газовых сенсоров на основе оксида циркония для гибридных сенсорных систем. Инженерный вестник Дона. 2012. № 4. URL: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/ n4p2y2012/1362. \

    7. Малышева А.О., Балдин М.Н., Грузнов В.М., Блинова Л.В. Внелабораторный экспрессный газохроматографический способ анализа выдыхаемого человеком воздуха с автоматизированной градуировкой. Аналитика и контроль. 2018. Т. 22. № 2. С. 177–185.

    8. Уколов А.И., Шачнева М.Д., Чиков А.Е., Егоров Н.А., Радилов А.С. Определение летучих органических соединений в выдыхаемом воздухе методом ГХ-ТД-М / MEDLINE.RU, 2019 Материалы научно-практической конференции «Актуальные вопросы токсикологии и фармакологии» Санкт-Петербург, 23 − 24 мая 2019 г. С. 220–224.

    9. The human volatilome: volatile organic compounds (VOCs) in exhaled breath, skin emanations, urine, feces and saliva / A. Amann, B. de Lacy Costello, W. Miekisch, J. Schubert, B. Buszewski, J. Pleil, N. Ratcliffe, T. Risby. J. Breath Res. 2014. N 8. P. 1–17.

    10. Analysis of breath, exhaled via the mouth and nose, and the air in the oral cavity / T. Wang, A. Pysanenko, K. Dryahina, P. Spanel, D. Smith. J. Breath Res. 2008. N 2. P. 1–13.

    11. Crowley L. An Introduction to Human Disease: Pathology and Pathophysiology Correlations 9th Edition. Jones & Bartlett Publishers. 2013. 815 p.

    12. Statheropoulos M., Agapiou A., Georgiadou A. Analysis of expired air of fasting male monks at Mount Athos. J. Chromatogr. B. 2006. V. 832. P. 274–279.

    13. Eriksen S.P. Methanol in normal human breath. Science. 1963. V. 141. P. 639–640.

    14. Lourenzo C., Turner C. Metabolites Breath Analysis in Disease Diagnosis: Methodological Considerations and Applications. Metabolites. 2014. V. 4. P. 465–498.

    15. Chen S., Mahadevan V., Zieve L. Volatile fatty acids in the breath of patients with cirrhosis of the liver. J. Lab. Clin. Med. 1970. V. 75. P. 622–627.

    16. Davies S.J., Spanel P., Smith D. Breath analysis of ammonia, volatile organic compounds and deuterated water vapor in chronic kidney disease and during dialysis. Bioanalysis. 2014. V. 6, N 6. P. 843–857.

    17. Gelmont D., Stein R.A., Mead J.F. Isoprene – the main hydrocarbon in human breath. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1981. V. 99. P. 1456–1460.

    18. Тяжка О.В., Загородня Я.М. Стан перекисного окислення ліпідів та антиоксидантної системи у дітей різного віку. Перинатология и педиатрия. 2016. 2(66). С. 101–105.

    19. Начаров П.В., Джагацпанян И.Э., Корнеенков А.А. Анализ газового состава выдыхаемого воздуха в дифференциальной диагностике хронического тонзиллита. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2015. № 8. С. 12–15.

    20. Новицкий В.В., Рязанцева Н.В., Старикова Е.Г., Таширева Л.А. Регуляция апоптоза клеток с использованием газовых трансмиттеров (оксид азота, монооксид углерода и сульфид водорода). Вестник науки Сибири. 2011. № 1 (1). С. 635–640.

    21. Абатуров А.Е., Волосовец А.П., Борисова Т.П. Механизм действия активированных азотсодержащих метаболитов в респираторном тракте. Провоспалительное действие (часть 1). Здоровье ребенка. 2015. № 8 (68). С. 75–79.

    22. Лазерный спектральный анализ молекул-биомаркеров для медицинской диагностики. Под ред. Е.В. Степанова. Москва : Наука. 2005. 279 с.

    23. Вакс В.Л., Домрачева Е.Г., Собакинская Е.А., Черняева М.Б. Анализ выдыхаемого воздуха: физические методы, приборы и медицинская диагностика. Успехи физических наук. 2014. Т. 184. № 7. С. 739–758.

    24. Zaitsev S., Kуshnevsky V., Chichеnin V., Tykhomyrov A. Development of methods of gas chromatographic analysis of technological media of the main circulation pumps of a nuclear power plant. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2020. 6/6(108). С. 59–70.

    25. Zaitsev S., Tykhomyrov A., Chychenin V., Kyshnevskyi V. Improvement of gas monitoring methods in water of the hydrogen-water cooling system of NPP’S turbine generator. Вода і водоочисні технології. Науково-технічні вісті. 2021. № 1(29). С. 49–57.

    References

    1. Stepanov, E.V., & Kasoev, S.G. (2019). Multicomponent analysis of biomarkers in exhaled air using diode laser spectroscopy. Optics and Spectroscopy, 126 (6), 810–819. DOI: 10.21883/OS. 2019.06.47777.57-19.

    2. Skomoroshchenko, V.I., Penkova, O.V., Kistenev, Yu.V., & Borisov, A.V. (2017). Identification of the most specific volatile metabolites by gas chromatography in exhaled air samples from patients with lung cancer and healthy volunteers. Bulletin of Tomsk State University. Chemistry, 7, 45–54.

    3. Antipkin, Yu. G., & Chumachenko, N. G. (2017). Amino acid storage of blood serum and visual condensate in children with bronchial asthma. Perinatology and pediatrics, 4 (72), 99–105.

    4. Matsegora, N. A., Zaitsev, A. S., Beseda, Ya. V., Smolska, I. M., Lekan, O. Ya., Shpota, O. E. (2021). Current methods for diagnosing diseases of the internal organs for the results of monitoring instead of specific components in the face that patients see. Bulletin of marine medicine, 3 (92), 129–140.

    5. Stepanov, E.V. (2005). Methods for highly sensitive gas analysis of biomarker molecules in exhaled air studies. Proceedings of the Institute of General Physics. A.M. Prokhorov, 61, 1–47.

    6. Sergienko, D.V., Petrov, V.V., Myasoedova, T.N., & Korobkova, A.I. (2012). Development of a technology for obtaining highly sensitive gas sensors based on zirconium oxide for hybrid sensor systems. Don Engineering Gazette, 4. Retrieved from: http://www.ivdon.ru/magazine/ archive/n4p2y2012/1362.

    7. Malysheva, A.O., Baldin, M.N., Gruznov, V.M., & Blinova, L.V. (2018). Non-laboratory express gas chromatographic method for the analysis of air exhaled by a person with automated calibration. Analytics and control, 22, 2, 177–185.

    8. Ukolov, A.I., Shachneva, M.D., Chikov, A.E., Egorov, N.A., & Radilov, A.S. (2019). Determination of volatile organic compounds in exhaled air by GC-TD-M / MEDLINE.RU, 2019 Proceedings of the scientific-practical conference “Topical issues of toxicology and pharmacology” St. Petersburg, May 23- 24, 2019, pp. 220–224.

    9. Amann, A., B. de Lacy Costello, Miekisch, W., Schubert, J., Buszewski, B., Pleil, J., Ratcliffe, N., & Risby, T. (2014). The human volatilome: volatile organic compounds (VOCs) in exhaled breath, skin emanations, urine, feces and saliva. J. Breath Res, 8, 1–17.

    10. Wang, T., Pysanenko, A., Dryahina, K., Spanel, P., & Smith, D. (2008). Analysis of breath, exhaled via the mouth and nose, and the air in the oral cavity. J. Breath Res, 2, 1–13.

    11. Crowley, L. (2013). An Introduction to Human Disease: Pathology and Pathophysiology Correlations 9th Edition. Jones & Bartlett Publishers.

    12. Statheropoulos, M., Agapiou, A., & Georgiadou, A. (2006). Analysis of expired air of fasting male monks at Mount Athos. J. Chromatogr. B., 832, 274–279.

    13. Eriksen, S.P. (1963). Methanol in normal human breath. Science, 141, 639–640.

    14. Lourenzo, C., & Turner, C. (2014). Metabolites Breath Analysis in Disease Diagnosis: Methodological Considerations and Applications. Metabolites, 4, 465–498.

    15. Chen, S., Mahadevan, V., & Zieve, L. (1970). Volatile fatty acids in the breath of patients with cirrhosis of the liver. J. Lab. Clin. Med, 75, 622–627.

    16. Davies, S.J., Spanel, P., & Smith, D. (2014). Breath analysis of ammonia, volatile organic compounds and deuterated water vapor in chronic kidney disease and during dialysis. Bioanalysis, 6, 6, 843–857.

    17. Gelmont, D., Stein, R.A., & Mead, J.F. (1981). Isoprene – the main hydrocarbon in human breath. Biochem. Biophys. Res. Commun, 99, 1456–1460.

    18. Tyazhka, O.V., & Zagorodnya, Ya.M. (2016). Station of lipid peroxidation and antioxidant system in children of different age. Perinatology and Pediatrics, 2(66), 101–105.

    19. Nacharov, P.V., Dzhagatspanyan, I.E., & Korneenkov, A.A. (2015). Analysis of the gas composition of exhaled air in the differential diagnosis of chronic tonsillitis. Siberian Medical Journal (Irkutsk), 8, 12–15.

    20. Novitsky, V.V., Ryazantseva, N.V., Starikova, E.G., & Tashireva, L.A. (2011). Regulation of cell apoptosis using gas transmitters (nitric oxide, carbon monoxide and hydrogen sulfide). Bulletin of Science of Siberia, 1 (1), 635–640.

    21. Abaturov, A.E., Volosovets, A.P., & Borisova, T.P. (2015). The mechanism of action of activated nitrogen-containing metabolites in the respiratory tract. Pro-inflammatory action (part 1). Child health, 8 (68), 75–79.

    22. Laser spectral analysis of biomarker molecules for medical diagnostics (2005). Ed. E.V. Stepanova. Moscow: Nauka.

    23. Vaks, V.L., Domracheva, E.G., Sobakinskaya, E.A., & Chernyaeva, M.B. (2014). Exhaled air analysis: physical methods, devices and medical diagnostics. Advances in the physical sciences, 184, 7, 739–758.

    24. Zaitsev, S., Kуshnevsky, V., Chichеnin, V., & Tykhomyrov, A. (2020). Development of methods of gas chromatographic analysis of technological media of the main circulation pumps of a nuclear power plant. East European Journal of Advanced Technologies, 6/6(108), 59–70.

    25. Zaitsev, S., Tykhomyrov, A., Chychenin, V., & Kyshnevskyi, V. (2021). Improvement of gas monitoring methods in water of the hydrogen-water cooling system of NPP’S turbine generator. Water and water treatment technologies. Scientific and technical news, 1(29), 49–57.

  • Creative Commons License by Author(s)