Kūno kvapas gali būti ankstyvoji įspėjimo apie ligas sistema. Ligos metu vykstantys cheminiai pokyčiai keičia lakiuosius junginius, išsiskiriančius su prakaitu ir kvėpavimu. Diabetas sukelia saldų, vaisių kvapą, atsirandantį dėl ketonų, o tam tikri vėžiniai susirgimai išskiria unikalius lakiųjų organinių junginių kvapus. Tiek dresuoti šunys, tiek elektroninės „nosys” šiuos subtilius pokyčius aptinka 78-98 % tikslumu, dažnai dar prieš pasireiškiant klinikiniams simptomams. Šie kvapais pagrįsti diagnostikos metodai yra perspektyvi neinvazinė alternatyva ankstyvam ligų nustatymui medicinos įstaigose.
Kvapo kaip diagnostikos priemonės mokslas
Žmogaus kūnas su prakaitu, kvėpavimu ir kitomis išskyromis išskiria daugybę lakiųjų organinių junginių, kurie gali būti vertingi įvairių sveikatos sutrikimų biomarkeriai.
Šie cheminiai požymiai keičiasi, kai dėl ligos pakinta fiziologiniai procesai. Dėl medžiagų apykaitos sutrikimų, pavyzdžiui, diabeto, susidaro ketonų, turinčių specifinį saldų ar vaisių kvapą, o dėl tam tikrų vėžinių susirgimų dėl pakitusios ląstelių medžiagų apykaitos susidaro specifinių lakiųjų junginių.
Dresuoti šunys šiuos subtilius pokyčius gali aptikti nepaprastai tiksliai, kartais anksčiau nei įprasti diagnostikos metodai.
Kuriamos šiuolaikinės elektroninės „nosys”, kuriose naudojama dujų chromatografija, masių spektrometrija ir dirbtinis intelektas, kad būtų galima objektyviai kiekybiškai nustatyti šiuos uoslės biomarkerius, o kvapų analizė leistų anksčiau neinvaziniu būdu nustatyti ligas.
Specifiniai įvairių sveikatos būklių cheminiai požymiai
Įvairios sveikatos būklės sukuria skirtingus cheminius pirštų atspaudus, kurie pasireiškia kaip būdingi kūno kvapai ir padeda atpažinti galimus diagnozės modelius.
Diabetas dažnai sukelia saldų, vaisių kvapą, atsir andantį dėl ketonų burnoje.
Sergant kepenų ligomis, kvapas būna duslus, panašus į amoniako kvapą, vadinamą fetor hepaticus.
Inkstų nepakankamumas dėl padidėjusio karbamido kiekio sukelia žuvies, amoniako kvapą.
Kai kurių vėžinių susirgimų metu išsiskiria lakiųjų organinių junginių (LOJ), kurie sukuria subtilų, bet apčiuopiamą kvapą – plaučių ir krūties vėžys siejamas su tam tikrais LOJ modeliais.
Odos infekcijos pasižymi unikaliais mikrobiniais požymiais, o tokie medžiagų apykaitos sutrikimai kaip trimetilaminurija dėl netinkamo cheminio apdorojimo sukelia nuolatinius žuvies kvapus.
Kaip šunys ir elektroninės „nosys” aptinka ligų žymenis
Pažangios biologinės ir technologinės aptikimo sistemos sukėlė revoliuciją nustatant ligų žymenis naudojant kvapų analizę.
Šunys pasižymi ypatingais uoslės gebėjimais, aptikdami lakiųjų organinių junginių koncentraciją dalimis iš trilijono – tai gerokai viršija žmogaus jautrumą. Apmokyti šunys gali nepaprastai tiksliai atpažinti specifinius kvapo požymius, susijusius su vėžiu, diabetu ir priepuoliais.
Elektroninės „nosys” naudoja jutiklių matricas ir mašininio mokymosi algoritmus, kad imituotų šunų gebėjimus. Šie prietaisai analizuoja kvėpavimo, šlapimo ir prakaito mėginius, kad aptiktų ligai būdingus lakiųjų organinių junginių modelius.
Skirtingai nei šunys, jie pateikia standartizuotus, kiekybiškai įvertinamus rezultatus, kurie pašalina dirbančiojo šališkumą.
Abu metodai leidžia anksti nustatyti ligą dar prieš pasireiškiant klinikiniams simptomams, todėl neinvaziniai atrankinės patikros metodai gali pakeisti diagnostikos mediciną.
Vėžiui būdingi kvapų profiliai ir aptikimo sėkmės rodikliai
Skirtingi vėžio tipai išskiria skirtingus lakiųjų organinių junginių (LOJ) požymius ir sukuria unikalius kvapų profilius, kuriuos galima aptikti atliekant specialią analizę.
Šie biomarkeriai labai skiriasi priklausomai nuo vėžio – plaučių vėžys išskiria aldehidus ir alkanus, krūties vėžys – specifinius ketonus, o storosios žarnos vėžys – sieros junginius.
Aptikimo sėkmės rodikliai skiriasi priklausomai nuo vėžio tipo. Tyrimai rodo, kad apmokyti šunys aptinka 90-95 proc. kiaušidžių vėžio, 86-97 proc. plaučių vėžio ir 75-90 proc. prostatos vėžio atvejų.
Elektroninės nosies prietaisai rodo panašų veiksmingumą, o jų jautrumas svyruoja nuo 78 % iki 98 %, priklausomai nuo vėžio tipo ir technologijos sudėtingumo.
Šie rodikliai dažnai viršija įprastinių ankstyvosios stadijos vėžio atrankinės patikros metodų rodiklius.
Su cukriniu diabetu susiję kvapų pokyčiai ir medžiagų apykaitos pokyčiai
Diabetas sukelia ryškius medžiagų apykaitos pokyčius, kurie pasireiškia apčiuopiamais kūno kvapo pokyčiais , ypač kai gliukozės kiekis kraujyje tampa nekontroliuojamas.
Būdingas saldus vaisių kvapas, dažnai apibūdinamas kaip primenantis nagų lako valiklio kvapą, susidaro dėl ketonų,ypač acetono, kurie išsiskiria su kvėpavimu ir prakaitu.
Tyrimai rodo, kad apmokyti šunys gali atpažinti šį medžiagų apykaitos pokytį daugiau nei 90 % tikslumu.
Tyrimai, kuriuose naudojama elektroninė „nosies” technologija, rodo panašų šių lakiųjų organinių junginių aptikimo veiksmingumą.
Ankstyvojo aptikimo galimybės ypač vertingos nustatant diabetinę ketoacidozę, potencialiai gyvybei pavojingą komplikaciją, reikalaujančią neatidėliotinos medicininės intervencijos.
Šis biožymenų aptikimas teikia vilčių neinvaziniams atrankinės patikros metodams, kurie galėtų papildyti tradicinius diabeto stebėsenos metodus.
Dabartiniai moksliniai tyrimai ir kuriamos klinikinės programos
Nors tradiciniai diagnostikos metodai remiasi invaziniais kraujo mėginiais, mokslininkai tyrinėja kūno kvapo analizę kaip neinvazinį ligų nustatymo būdą. Kelios institucijos kuria elektronines „nosis”, galinčias aptikti lakiuosius organinius junginius, susijusius su konkrečiomis ligomis.
Masačusetso ligoninės klinikiniuose tyrimuose naudojami apmokyti šunys, kurie atpažįsta vėžio kvapus, o kai kurių tipų vėžio kvapų tikslumas viršija 90 %.
Tuo tarpu Izraelio mokslininkai sukūrė alkotesterio tipo prietaisus, kurie vienu metu gali nustatyti kelias ligas.
Nors šios technologijos daug žadančios, jos susiduria su sunkumais, įskaitant etaloninių intervalų standartizavimą ir aplinkos trikdžius.
Mokslininkai tikisi, kad per penkerius metus preliminarios kvapais pagrįstos atrankos priemonės galėtų papildyti įprastinę diagnostiką klinikinėje aplinkoje.
Kvapų diagnostikos palyginimas su tradiciniais atrankinės patikros metodais
Kaip kvapų diagnostika lyginama su tradiciniais medicininės patikros metodais?
Nors tradiciniai metodai, tokie kaip kraujo tyrimai, vaizdavimas ir biopsija, tebėra auksinis diagnostikos standartas, kvapais pagrįsta diagnostika turi unikalių pranašumų. Lakieji organiniai junginiai kartais gali parodyti ligą anksčiau, nei įprasti tyrimai aptinka išmatuojamus pakitimus.
Tradicinė atrankinė patikra paprastai yra tikslesnė, tačiau dažnai brangi, invazinė ir kartais atliekama pavėluotai, kol pasireiškia simptomai.
Kvapų diagnostika, ypač naudojant apmokytus gyvūnus arba elektronines nosis, galėtų būti ankstyvesnė, neinvazinė ir galbūt pigesnė preliminari atrankinė patikra.
Tačiau šiuo metu kvapų diagnostika nėra tokia tiksli kaip nusistovėję metodai ir ją reikia patvirtinti įprastais tyrimais, todėl ji yra papildoma, o ne pakeičianti.
Ateities potencialas: Dėvimi prietaisai nuolatinei kvapų stebėsenai
Kadangi technologinės naujovės toliau keičia sveikatos priežiūros stebėseną, dėvimi kvapų aptikimo prietaisai yra kita asmeninės sveikatos stebėsenos sritis. Mokslininkai kuria miniatiūrines elektronines nosis, kurios gali nuolat analizuoti per odą išsiskiriančius lakiuosius junginius.
Šiuose prietaisuose naudojami nanojutikliai ir mašininio mokymosi algoritmai, leidžiantys aptikti subtilius cheminius pokyčius, susijusius su ligomis. Šiuo metu kuriami prototipai – nuo apyrankių su dujoms jautriais puslaidininkiais iki išmaniųjų drabužių su cheminių medžiagų aptikimo pluoštais.
Galutinis tikslas – realiuoju laiku įvertinti sveikatą, kad būtų galima anksti įsikišti sergant tokiomis ligomis kaip diabetas, inkstų ligos ir įvairūs vėžiniai susirgimai, kol dar nepasireiškė tradiciniai simptomai.
Šioje besiformuojančioje srityje vis dar išlieka svarbūs privatumo ir tikslumo aspektai.
