Анализ дыхательных газов – многообещающий подход для неинвазивной медицинской диагностики и физиологического мониторинга, но для усиления клинического воздействия необходимы дальнейшие разработки. Рамин Горбани представляет новую методологию анализа данных о дыхании в реальном времени, которая открывает возможности для быстрой оценки респираторных заболеваний в месте оказания медицинской помощи.
Человеческое дыхание представляет собой сложную смесь сотен газов, большинство из которых присутствует в очень низких концентрациях. Некоторые из этих молекулярных соединений можно использовать для оценки физиологического и метаболического состояния организма или недавнего воздействия. Дальнейшее понимание происхождения биомаркеров и газообмена в дыхательных путях может быть получено путем сочетания быстрого измерения и математического моделирования профиля концентрации во время одного выдоха. Рамин Горбани применил этот подход для выдыхаемого окиси углерода, потенциального биомаркера окислительного стресса и респираторных заболеваний.
«Нас интересуют респираторные заболевания, поскольку они являются одной из основных причин преждевременной смерти во всем мире. Выдыхаемый окись углерода в основном отражает карбоксигемоглобин крови, но форма экспирограммы также зависит от диффузионных свойств легких, вклада тканей дыхательных путей, экзогенных источников и условий взятия проб дыхания. «Обычные методы обнаружения не могут различить эти факторы, что затрудняет интерпретацию результатов», – говорит Рамин Горбани.
Во время учебы в докторантуре Рамин разработал компактный прибор, основанный на лазерной абсорбционной спектроскопии и онлайн-отборе проб дыхания, который позволяет точно определять в реальном времени концентрацию окиси углерода в выдыхаемом воздухе и окружающем воздухе. Он также адаптировал математическую модель легочного газообмена для моделирования профилей выдоха моноксида углерода, которые могут быть адаптированы к экспериментальным данным для извлечения физиологических параметров.
«Хотя различие между эндогенным и экзогенным монооксидом углерода все еще остается проблемой, мы можем обнаружить изменения в продуцировании дыхательных путей и в том, насколько хорошо газ диффундирует через капиллярную мембрану. Мы провели клинические исследования, чтобы установить исходные параметры газообмена в здоровых некурящих и исследовали эффект воздействия высоких уровней окиси углерода в окружающей среде и частиц древесного дыма. Мы надеемся создать основу для улучшенных, простых в использовании дыхательных тестов для физиологических исследований и ранней диагностики заболеваний».