Biomarkeri gazos ,iˆın respirat ,ia umana [611883]

32
Capitolul 3
Biomarkeri gazos ,iˆın respirat ,ia umana
3.1 Respirat ,ia uman ˘a
3.1.1 Not ,iuni generale
Exist ˘a aproximativ trei miliarde de procese metabolice celulare ce pot avea loc ˆın corpul uman, cele
mai multe av ˆand nevoie de oxigen pentru a se desf ˘as,ura propice. ˆIn urma consumului de oxigen, de
cele mai multe ori, se creeaz ˘a dioxidul de carbon, produs secundar ce are un potent ,ial periculos asupra
metabolismului celular [46]. Pentru ca procesele celulare de consum de oxigen s ,i creare de dioxid
de carbon s ˘a se realizeze optim, sunt necesare un sistem de absorbt ,ie/ eliminare s ,i unul de transport
extrem de eficiente.
Difuzia gazelor
Eliminarea dioxidului de carbon se poate face pe dou ˘a c˘ai, prin pl ˘amˆani sau rinichi, prima cale
fiind cea primar ˘a [47]. ˆIn cazul oxigenului ˆıns˘a, exist ˘a o singur ˘a cale disponibil ˘a pentru absorbt ,ie,
cea pulmonar ˘a, iar sistemul cardiovascular este singurul care ofer ˘a transportul acestuia ˆın organism.
Schimbul de gaze este procesul prin care se absorb moleculele de oxigen inhalat, fiind introduse in
fluxul sanguin, s ,i se elimin ˘aˆın mediul extern dioxidul de carbon din s ˆange [48]. Procesul se realizeaz ˘a
ˆın pl˘amˆani, prin difuzia gazelor.
Diferent ,ele de presiune a gazului genereaz ˘a gradient ,i de difuzie care determin ˘a fluxul moleculelor
de gaz de la concentrat ,ie ridicat ˘a la concentrat ,ie sc ˘azut˘a. Acest lucru se realizeaz ˘aˆın tocmai, chiar
dac˘a gradientul de concentrat ,ie implic ˘a un gaz s ,i un lichid, cum ar fi s ˆangele. Legea lui Henry afirm ˘a
c˘a exist ˘a o relat ,ie de proport ,ionalitate direct ˘aˆıntre cantitatea de gaz care se dizolv ˘aˆıntr-un lichid s ,i
presiunea sa part ,ial˘a [49]. Mai mult, aceast ˘a lege afirm ˘a c˘aˆın eventualitatea expunerii unui lichid la
amestec de gaze cu o concentrat ,ie de gaz diferit ˘a, un gradient de presiune este creat datorit ˘a diferent ,ei
de presiuni part ,iale. Moleculele din amestecul gazos vor fi determinate s ˘a difuzeze ˆın mediu lichid,
ˆın timp ce moleculele libere (nelegate) de gaz din lichid vor difuza ˆın mediul gazos. Cu ajutorul Legii
lui Henry se poate explica modul ˆın care oxigenul din aerul atmosferic intr ˘aˆın sˆange, iar dioxidul de
carbon p ˘ar˘ases ,te sˆangele [46].
Dup˘a intrarea gazului ˆın mediul lichid acesta poate, sau nu, s ˘a devin ˘a legat ˆın sistem, fiind parte
a matricei lichide. ˆIn cazul oxigenului, care nu se disperseaz ˘a us ,orˆın sˆange, este nevoie de un sistem
de transport alternativ, mai exact hemoglobina. Spre deosebire de oxigen, dioxidul de carbon de cele
mai multe ori se leag ˘a cu o molecul ˘a de ap ˘a, form ˆand acidul carbonic, ce poate fi transformat de or-
ganism ˆın bicarbonat, eliber ˆandu-se un atom de hidrogen. Prezent ,a sau absent ,a dioxidului de carbon
influent ,eaz˘a cantitatea de molecule libere de hidrogen din organism. Pentru a ment ,ine nivelurile nor-
male ale pH-ului sanguin s ,i tisular, trebuie s ˘a existe un echilibru ˆıntre acidul carbonic s ,i bicarbonat,
eliminarea eficient ˘a a dioxidului de carbon de c ˘atre pl ˘amˆani fiind esent ,ial˘aˆın acest scop [46].
Not ,iuni anatomice
Dup˘a intrarea aerului ˆın pl ˘amˆani, acesta c ˘al˘atores ,te prin treceri progresive c ˘atre alveole, locul
unde se produce schimbul de gaz ˆıntre corp s ,i mediul extern. Grosimea medie a peretelui alveolar
este de 0,5 mm (poate atinge s ,i 0,1 mmˆın unele zone), separ ˆand aerul de capilarele pulmonare cu

33
numai c ˆateva straturi de celule. Aceast ˘a structur ˘a permite difuzie facil ˘a a moleculelor de oxigen s ,i
dioxid de carbon ˆın s ,i din fluxul sanguin [50].
Alveolele sunt structuri goale, sferice s ,i grupate ˆın m ˘anunchiuri. Forma lor faciliteaz ˘a schimbul
de gaze prin asigurarea unei suprafet ,e mari de contact ˆıntre aer s ,i capilarele pulmonare (fig. 3.1). Di-
mensiunile alveolelor nu variaz ˘a mult, deci totalul de alveole dintr-un pl ˘amˆan depinde de dimensiunea
acestuia [51]. Un milimetru cub de t ,esut alveolar cont ,ine aproximativ 170 de alveole individuale, iar
o pereche de pl ˘amˆani cont ,ineˆın medie aproximativ 480 milioane de alveole [52]. Acest num ˘ar mare
de alveole determin ˘a o suprafat ,˘a masiv ˘a prin care se poate efectua schimbul de gaz, aceasta fiind de
aproximativ 35 de ori mai mare dec ˆat suprafat ,a pielii [50].
Figura 3.1: Schema anatomic ˘a a unei alveole [53]
Fiziologia respirat ,iei are loc ˆın dou ˘a faze: respirat ,ia mecanic ˘a (prin ventilat ,ii) s ,i respirat ,ie celular ˘a
(extern ˘a s,i intern ˘a). Procesul de ventilat ,ie mecanic ˘a se realizeaz ˘a prin inspirat ,ie s ,i expirat ,ie s ,i este
reglat de c ˘atre creier, pentru a determina fluxul aerului ˆın s ,i din pl ˘amˆani [54]. Mis ,carea aerului este
rezultatul diferent ,elor de presiune pozitiv ˘a s,i negativ ˘a create ˆınauntrul cavit ˘at,ii toracice.
Prin ventilat ,ie mecanic ˘a, moleculele de oxigen sunt aduse ˆın contact cu capilarele alveolare, ˆıns˘a
funct ,ionalitatea pl ˘amˆanilor depinde de num ˘arul de molecule de oxigen, care odat ˘a ajunse la alveole,
reus ,esc s ˘a penetreze membrana alveolar ˘a s,i s˘a ajunga la hemoglobina globulelor ros ,ii din s ˆange [46].
Respirat ,ia extern ˘a (sau pulmonar ˘a) este procesul ce are loc imediat dup ˘a intrarea aerului ˆın alve-
ole, const ˆandˆın schimbul de gaze ˆıntre acestea s ,i sˆange (fig. 3.2, st ˆanga). Oxigenul ajuns ˆın fluxul
sanguin, va circula apoi p ˆan˘a la t ,esuturi, unde se desf ˘as,oar˘a al doilea schimb de gaze ˆıntre capilare s ,i
celulele t ,esutului (fig. 3.2, dreapta). Acest proces este respirat ,ia intern ˘a (sau tisular ˘a) [55].
Figura 3.2: Procesele implicate ˆın respirat ,ia extern ˘a (stˆanga) s ,i respirat ,ia intern ˘a (dreapta), Pa CO2s,i
PaO2fiind presiunile part ,iale ale celor dou ˘a gaze [56]
Hematiile (globulele ros ,ii sau eritrocitele) sunt celule libere, cu o durabilitate mare, proiectate pen-
tru transportul oxigenului, s ,iˆıntr-o m ˘asur˘a mai mic ˘a al dioxidului de carbon, c ˘atre s ,i de la t ,esuturile

34
corpului (fig. 3.3). Acestea pot rezista ciocnirilor cu alte celule s ,i fort ,elor de presiune ˆınalt˘a din
ret,eaua capilar ˘a[46]. Forma lor, de disc biconcav, le permite liberatatea ˆın mis ,care prin ret ,eaua vas-
cular ˘a. Din punct de vedere structural, acestea nu au nucleu sau organite, neput ˆand sa se multiplice
sau repare, ˆıns˘a au enzime antioxidante s ,i proteine structurale pentru protect ,ia celulei [57]. De ase-
menea, eritrocitele cont ,in hemoglobin ˘a, aceasta fiind alc ˘atuit˘a dintr-o component ˘a proteic ˘a, globina,
s,i o component ˘a prostetic ˘a, hemul, acesta din urma ˘a avˆandˆın alc ˘atuirea sa un ion de Fe [50], [58].
Majoritatea oxigenului transportat ˆın sˆange se leag ˘a de ionul de Fe al hemoglobinei. ˆIn cazul dio-
xidului de carbon, doar 20% va fi transportat ˆın acest mod citeLod00, restul fiind legat sub forma
moleculelor de bicarbonat sau acid carbonic [59]. ˆIn medie, un adult normal are aproximativ 25 de
miliarde de hematii, fiecare cont ,inˆand aproximativ 280 de milioane de molecule de hemoglobin ˘a, iar
fiecare molecul ˘a de hemoglobin ˘a poate transporta p ˆan˘a la patru molecule de oxigen [50].
Figura 3.3: Forma hematiilor s ,i transportul oxigenului [46]
3.1.2 Analiza respirat ,iei
Potent ,ialul de diagnostic prin analiza aerului expirat este cunoscut din vremea anticilor greci, o cer-
cetare original ˘a put ˆand fi g ˘asit˘aˆın scrierile lui Hippocrates [60]. Des ,i cercet ˘arile dateaz ˘a de secole,
prima analiz ˘a cantitativ ˘a a fost publicat ˘aˆın 1784 c ˆand Lavoisier a examinat dioxidul de carbon din
respirat ,ie [61]. Dupa ce separarea moleculelor individuale de gaz a devenit posibil ˘a, prin cromato-
grafie [62], ˆın anii 1950, din ce ˆın ce mai multi compus ,i organici au fost gasit ,iˆın respirat ,ie s ,i au fost
legat ,i de o condit ,ie fiziologic ˘a. Drept exemplu se pot numi acetona, legat ˘a de diabet, s ,i amoniacul,
indicator al disfunct ,iei hepatice sau renale [63]. ˆIns˘as,i mirosul respirat ,iei poate da informat ,ii despre
starea de s ˘an˘atate, ˆın anumite cazuri, iar c ˆateva dintre mirosurile posibile au deja o cauz ˘a identifi-
cat˘a precum mirosul dulce, fructat, determinat de prezenta acetonei, semn al diabetului, sau mirosul
nepl˘acut atribuit abceselor pulmonare [64].
Respirat ,ia omului este o substant ,˘a complex ˘a, av ˆand numeroase variabile care pot interfera una cu
cealalt ˘a (ammonia), iar fiecare volum de aer expirat cont ,inˆand urme a peste 1000 de compus ,i organici
volatili (VOC – volatile organic compounds) [65]. ˆIn medie, aerul expirat de un om este un amestec
de 78,6% (greutate/ volum) azot, 16% (g/v) oxigen, 4,5% (g/v) dioxid de carbon s ,i 0,9% (greutate /
volum) gaze inerte s ,i VOC [66]. Acest amestec este expirat la temperaturi ˆıntre 34oC [67] s ,i 37oC
[68], iar umiditatea relativ ˘a poate varia de la 91% p ˆan˘a la 96% ˆın expirat ,ii orale s ,i de la 82% la 85%
ˆın cele nazale [69].
ˆIn fract ,iunea de 0,9% (g/v) care constituie contribut ,ia gazelor inerte s ,i VOC, concentrat ,iile indi-
viduale de gaz pot varia ˆıntre ppm s ,i ppt (p ˘art,i per triliard). ˆIn tabelul 3.1.2 sunt prezentate c ˆateva
din gazele detectate ˆın prezent peste nivelul ppb. Dintre acestea, c ˆateva prezint ˘a un interes ridicat
ˆın diagnosticarea clinic ˘a, unul dintre cele mai importante fiind amoniacul studiat ˆın monitorizarea
hemodializei [70], evaluarea astmului [71], diagnosticarea encefalopatiei hepatice [72], detectarea

35
Helicobacter pylori [73] s ,i analiza halitozelor [74]. Intervalul fiziologic considerat normal pentru
amoniac ˆın respirat ,ia uman ˘a este ˆıntre 50 s ,i 2.000 ppb [75], astfel o tehnic ˘a analitic ˘a eficient ˘a pentru
cuantificarea amoniacului trebuie s ˘a aib ˘a o limit ˘a de detect ,ie de aproximativ 50 ppb [63].
Gaz Concentrat ,ie (ppb)
Acetaldehid ˘a2 – 5
6 – 33
Aceton ˘a293 – 870
200 – 2000
Amoniac50 – 2000
559 – 639
425 – 1800
422 – 2389
200 – 2000
1500 – 2000 (pre-dializa)
200 – 300 (post-dializa)
Dioxid de carbon40000000
38000000
30000000
Etanol27 – 153
100 – 3358
Acid cianhidric 10
Izopren55 – 121
106
Metanol 461
Oxid nitric6.7
31
20
Propanol 0 – 135
Tabelul 3.1.2 Gaze indentificabile ˆın respirat ,ia uman ˘a s,i concentrat ,iile aferente [63]
Termenul de compus ,i organici volatili se refer ˘a la un grup de substant ,e chimice care se pot vapo-
riza us ,or la temperatura camerei [76]. Cele mai multe dintre VOC sunt substant ,ele chimice utilizate
pentru fabricarea s ,i preg ˘atirea materialelor de construct ,ie, a detergent ,ilor sau a pesticidelor, repre-
zentˆand o surs ˘a de poluare [77]. VOC apar ˆın respirat ,ia uman ˘a din mai multe cauze s ,i surse, cum ar fi
mediul ˆınconjur ˘ator, prin aerul inhalat, suprafet ,ele c ˘ailor respiratorii, s ˆangele s ,i t,esuturile periferice.
Des ,iˆın prezent nu se cunoas ,teˆın profunzime rolul acestor gaze, ˆın principal, producerea lor poate fi
ˆımp˘art,it˘aˆın dou ˘a categorii [78]:
gaze produse secundar ˆın urma react ,iilor biochimice
gaze produse cu scopul de a transmite semnale ˆıntre celule
Mediul ˆınconjur ˘ator este o surs ˘a de VOC prin inhalarea poluant ,ilor precum etan s ,i n-pentan.
Suprafet ,ele interne ale pl ˘amˆanilor contribuie direct la concentrat ,ia de gaze din amestecul expirat, at ˆat
prin generarea unor gaze specifice pulmonare, c ˆat s,i prin cres ,terea product ,iei unor gaze produse ˆın alt ˘a
parte a corpului. Celulele periferice s ,i t,esuturile, pot elibera gaze ˆın sˆange, nu doar ˆın st˘ari patologice,
dar s ,iˆın cele s ˘an˘atoase. Mai mult, des ,i sˆangele este un mediu de transfer pentru gaze, ˆıntre t ,esuturi s ,i
pl˘amˆani, exist ˘a studii care arat ˘a ca VOC pot fi produse s ,i de componentele sanguine. O ultim ˘a cauz ˘a
pentru formarea gazelor ˆın corp sunt bacteriile s ,i microorganismele, acestea produc ˆand profiluri unice
ce pot fi utilizate ˆın diagnosticare sau monitorizare [78].

36
ˆIn mediul biologic, procesul de formare a radicalilor liberi s ,i peroxidarea consecutiv ˘a a acizilor
gras ,i polinesaturat ,i, acizii linoleic s ,i linolenic, a indus formarea pulmonar ˘a a hidrocarburilor volatile,
care pot fi identificate s ,i cuantificate ˆın probele de respirat ,ie [77].
ˆIn ultimul deceniu, a existat o cres ,tere a utiliz ˘arii analizei respirat ,iei,ˆın cercetarea pulmonologic ˘a
[79], privind at ˆat gazele expirate, c ˆat s,i condensatele expirate. Pe l ˆang˘a analiza aerului expirat, ˆın sco-
pul detect ,iei bolilor, aceasta are un potent ,ial major ca mijloc neinvaziv de monitorizare a inflamat ,iei
s,i stresului oxidativ ˆın c˘aile respiratorii, ˆın special la pacient ,ii s˘an˘atos ,i. Aerul expirat poate fi co-
lectat f ˘ar˘a o stimulare a c ˘ailor respiratorii ˆın prealabil, as ,a cum se ˆıntˆampl ˘a la inducerea sputei sau
prelevarea probelor prin lavaj, proceduri nepl ˘acute pentru pacient ,i [77].
ˆIn principal, analiza respirat ,iei poate fi clasificat ˘aˆın dou ˘a grupe: analiza metabolit ,ilor din respirat ,ie
dup˘a administrarea unui medicament s ,i analiza compus ,ilor respirat ,iei produs ,i endogen av ˆand o cauz ˘a
fiziologic ˘a specific ˘a [71]. Analiza se poate realiza direct (online) sau indirect (offline), ˆın primul caz
analiza fiind imediat disponibil ˘a, iar metodele indirecte implic ˆand colectarea probei de respirat ,ie s ,i
transferarea la un instrument analitic de analiz ˘a [77].
Pˆan˘aˆın prezent s-au utilizat diferite tipuri de probe de respirat ,ie, dou ˘a dintre acestea fiind aerul
expirat mixt, reprezent ˆand aerul provenit din spat ,iul mort al pl ˘amˆanilor (spat ,iul lipsit de alveole) s ,i
zona alveolar ˘a de schimb de gaze, s ,i aerul post-expirat care este constituit din concentrat ,ia de aer
alveolar [77]. ˆIn m ˘asur˘atorile asupra urmelor de gaz din respirat ,ie, trebuie luate ˆın considerare vari-
abilele respiratorii precum rata de curgere s ,i volumul pulmonar, care variaz ˘aˆın funct ,ie de ˆın˘alt,imea,
greutatea, v ˆarsta s ,i suprafat ,a corporal ˘a a unei persoane [80]. ˆIn mod evident, volume mai mari de aer
pot prezenta o mas ˘a mai mare de gaze [63].
Des ,i examinarea aerului ce cont ,ine VOC se desf ˘as,oar˘a de mult timp, exist ˘a o a doua tehnic ˘a de
analiz ˘a, relativ nou ˘a, care se bazeaz ˘a pe aerul expirat condensat (EBC – exhaled breath condensate).
Acesta se poate obt ,ine prin r ˘acirea aerului expirat ˆın condit ,ii de respirat ,ie spontan ˘a [81] s ,i poate ajuta
ˆın evaluarea patobiologiei pulmonare. ˆIn principal, EBC este un fluid bilogic constituit din ap ˘a s,i
pic˘aturi de fluid provenit din membranele care acopera caile respiratorii. La fel ca s ,iˆın cazul analizei
VOC, tehnica este neinvaziv ˘a s,i nu prezint ˘a niciun risc pentru pacient ,i [77].
Ca orice tehnic ˘a, des ,i prezint ˘a numeroase avantaje, analiza respirat ,ieiˆıntˆalnes ,te s ,i cˆateva obsta-
cole. ˆIn completarea acesteia, se pot folosi s ,i alte tehnici neinvazive s ,i nedureroase precum analiza
urinei, salivei, p ˘arului s ,i unghiilor [64]. Pentru m ˘arirea potent ,ialului analizei respirat ,iei este necesar ˘a
dezvoltarea de dispozitive de monitorizare portabile s ,iˆımbun ˘at˘at,irea metodelor de analiz ˘aˆın timp real
[63]. De asemenea, cea mai mare provocare este legarea biomarkerilor de calea metabolic ˘a,ˆın urma
careia au fost creat ,i, ca efect al unei st ˘ari patologice, ˆıntruc ˆıt multe dintre aceste c ˘ai sunt necunoscute
ˆınc˘a.ˆIn ceea ce prives ,te dificult ˘at,ile tehnologice s ,i procedurale, solut ,iile de ˆımbun ˘at˘at,ire privesc stan-
dardizarea colect ˘arii probelor, precum s ,i preconcentrarea s ,i desorbt ,ia vaporilor, pentru a face analiza
respirat ,iei economic ˘a s,i practic ˘a [82].
3.2 Biomarkeri s ,i asocierea lor cu diabetul
Termenul”biomarker”, o contopire a celor doi termeni”marker” s ,i”biologic”, desemneaz ˘a o sub-
categorie de semne medicale – indicat ,ii obiective ale unor st ˘ari patologice – care sunt m ˘asurabile s ,i
reproductibile. O prim ˘a diferent ,˘a, dintre semnele medicale s ,i simptome, const ˘aˆın posibilitatea de a
fi percepute de pacient ,i.ˆIn literatur ˘a, exist ˘a mai multe definit ,ii posibile oferite termenului”biomar-
ker”; ˆın 1998, Institutului Nat ,ional pentru Biomarkeri a descris markerul biologc ca fiind ”o carac-
teristic ˘a m˘asurat ˘a s,i evaluat ˘a obiectiv, ca un indicator al proceselor biologice normale, al proceselor
patogene sau al r ˘aspunsurilor farmacologice la o intervent ,ie terapeutic ˘a” [83]. Mai mult, Programul
Internat ,ional pentru Securitate Chimic ˘a, condus de Organizat ,ia Mondial ˘a a S ˘an˘at˘at,ii (WHO – World
Health Organization) ˆın coordonare cu Nat ,iunile Unite s ,i Organizat ,ia Internat ,ional ˘a a Muncii, au de-
finit un biomarker drept ”orice substant ,˘a, structur ˘a sau proces care pot fi m ˘asurate ˆın organism sau

37
ˆın produsele sale s ,i pot influent ,a sau prezice incident ,a unei boli” [84]. O definit ,ie complet ˘a,ˆıns˘a, ia
ˆın considerare, pe l ˆang˘a incident ,a bolilor, s ,i efectele tratamentelor, intervent ,iilor s ,i chiar expunerea
neintent ,ionat ˘a la factori chimici ai mediului [85].
Dintre cei peste 1000 VOC identificat ,iˆın respirat ,ia uman ˘a, aproximativ 35 au fost stabilit ,i ca bio-
markeri pentru anumite boli sau tulbur ˘ari metabolice, iar aces ,tia sunt prezentat ,iˆın tabelul 3.2. Produ-
cerea acestora este atribuit ˘a react ,iilor biochimice, care au loc ˆın corpul uman ca o parte a proceselor
metabolice. Un exemplu este acetona, care este produs ˘aˆın principal prin decarboxilarea spontan ˘a a
acetoacetatului s ,i,ˆıntr-o m ˘asur˘a mai mic ˘a, prin conversia enzimatic ˘a a acetoacetatului ˆın aceton ˘a. De
asemenea, relat ,iile dintre biomarkeri s ,i o boli nu sunt strict definite; o anumit ˘a tulburare metabolic ˘a
poate fi caracterizat ˘a de prezent ,a simultan ˘a a mai multe specii chimice, iar un singur biomarker poate
fi un indicator pentru mai multe boli diferite. Din aceast ˘a cauz ˘a, analiza respirat ,iei trebuie s ˘a fie de o
sensibilitate s ,i selectivitate ˆınalte, ˆın vederea obt ,inerii informat ,iilor exacte [71].
ˆIn ceea ce prives ,te component ,a tabelului 3.2 este de ment ,ionat c ˘a doar monoxidul de azot (NO) a
fost aprobat, de c ˘atre Administrat ,ia SUA pentru Alimentat ,ie s ,i Medicamente, ca fiind un biomarker
pentru inflamat ,ia cronic ˘a a c ˘ailor respiratorii ˆın astm. Pentru ceilalt ,i compus ,i enumerat ,i, mai corect ˘a
este numirea lor”potent ,iali biomarkeri” [71].
Pentru detectarea s ,i m˘asurarea compus ,ilor din respirat ,ie, exist ˘a mai multe tehnici ce se pot clasi-
ficaˆın trei grupe [71]:
metoda cromatografie de gaz – spectrometrie de mas ˘a (GC-MS – Gas chromatography–mass
spectrometry) sau alte metode bazate pe spectrometrie de mas ˘a;
tehnici spectroscopice de absorbt ,ie;
senzori electrici (numit ,iˆın literatur ˘a s,i”nasuri electronice” [82])
Aceste tehnici au limitele de detect ,ieˆın intervalul ppm – ppt, fiecare dintre acestea prezent ˆand
avantaje s ,i dezavantaje ˆın utilizare. Totus ,i, init ,ial, aproape fiecare compus chimic este identificat s ,i
cuantificat prin utilizarea unei metode bazate pe spectrometrie de mas ˘a [71].
ˆIn declans ,area diabetului zaharat, precum s ,iˆın dezvoltarea complicat ,iilor vasculare s ,i neurologice
asociate bolii, un rol important ˆıl are stresul oxidativ [86]. Acesta este cauzat de abundent ,a unor specii
de oxigen reactive (ROS – reactive oxygen species), produse ˆın mitocondrii [87]. Acest proces a fost
asociat cu debutul diabetului de tip 1, prin apoptoza (moartea) celulelor beta pancreatice, s ,i a diabe-
tului de tip 2, prin declans ,area rezistent ,ei la insulin ˘a [88]. ˆIn cazul diabetului zahar, mecanismul de
declans ,are al bolii este complex, hiperglicemia put ˆand fi at ˆat o cazu ˘a, cˆat s ,i un efect al stresului oxi-
dativ [89]; astfel s-a dorit g ˘asirea unui biomarker obiectiv al stresului oxidativ s ,i numeros ,i potent ,iali
markeri au fost propus ,i pˆan˘aˆın prezent. O serie de biomarkeri studiat ,i, ce ar putea fi legat ,i direct
de stresul oxidativ includ peroxidul de hidrogen, malonidialdehida, substant ,ele care react ,ioneaz ˘a cu
acidul tiobarbituric, superoxid dismutaza, peroxidaza de glutation s ,i monoxid de carbon. Mai mult,
un alt studiu a raportat folosirea unui nou tip de biomarker, v ˆarsta oxidativ ˘a (Phi04), care ia ˆın cal-
cul concentrat ,ia de alcani C4–C20 s ,i alcani monometilici g ˘asit ,iˆın respirat ,ia uman ˘a, f˘acˆandu-se o
comparat ,ieˆıntre un pacient diabetic (tip 1 sau 2) s ,i unul s ˘an˘atos [90].

38
Biomarker Probleme metabolice / Boli
Aceton ˘aCancer pulmonar, diabet,
insuficient ,˘a cardiac ˘a congestiv ˘a, atac cerebral
Acetaldehid ˘a Alcolism, boli hepatice, cancer pulmonar
Amoniac Boli renale, astm
Monoxid de carbon Stres oxidativ, infect ,ii respiratorii, anemie
Disulfur ˘a de carbon Schizofrenie, boli coronariene s ,i ale arterelor
Dioxid de carbon Stres oxidativ
Sulfur ˘a de carbonil Boli hepatice
EtanDeficient ,˘a de vitamina E la copii,
peroxidarea lipidelor, stres oxidativ
Etanol Produs al bacteriilor intestinale
Etilen ˘aPeroxidarea lipidelor, distrugerea t ,esuturilor
epiteliale de c ˘atre radiat ,ia UV
HidrogenIndigestie la copii, probleme intestinale,
fermentat ,ieˆın colon
Izotopii H/D Acumularea apei ˆın corp
Peroxid de hidrogen Astm
Acid cianhidricPseudomonas aeruginosa la copiii
afectat ,i de fibroz ˘a chistic ˘a
8-Izoprostan Stres oxidativ
Izopren Colesterol
Metan Probleme intestinale, fermentat ,ieˆın colon
Metanetiol Halitoz ˘a
Metanol Deficient ,e ale sistemului nervos
Amine metilate Metabolizarea proteinelor ˆın corp
Azotat de metil Hiperglicemie ˆın diabet-tip 1
Monoxid de azotAstm, hipertensiune, rinit ˘a,
disfunct ,ii pulmonare, brons ,iectazie
Nitrotirozin ˘a Astm
Oxigen Respirat ,ie
PentanPeroxidarea lipidelor, disfunct ,ii hepatice,
schizofrenie, cancer la s ˆan, artrit ˘a reumatoid ˘a
Piridin ˘a Parodontoz ˘a
Compus ,i sulfurici Disfunct ,ii hepatice, cancer pulmonar
Hidrocarburi (Toluen, Benzen,
Heptan, Decan, Stiren,
Octan, Pentametilheptan)Peroxidarea lipidelor, cancer pulmonar,
stres oxidativ, inflamarea c ˘ailor respiratorii
Tabelul 3.2 Biomarkeri identificat ,iˆın respirat ,ia uman ˘aˆımpreun ˘a cu cauzele aparit ,iei lor [71]
Recent, cercet ˘arile asupra celulelor dintr-un corp afectat de diabet s-au concentrat asupra leuco-
citelor polimorfonucleare (PMN – polymorphonuclear), un tip de celule sanguine. ˆIntre acestea s ,i
nivelul de glucoz ˘a exist ˘a o relat ,ie de dependent ,˘a s,i,ˆın plus, acest tip de celule pot emite gaze (fig.
3.4). S-a descoperit c ˘a promielocitele s ,i neutrofilele izolate pot emite acetaldehid ˘a, un gaz ce se pre-
supune c ˘a mediaz ˘a relaxarea vaselor sanguine. Celulele PMN circul ˘a prin ˆıntregul corp s ,i r˘aspund la
factorii chemotactici cu care interact ,ioneaz ˘a, put ˆand produce concentrat ,ii locale ridicate de gaze ˆıntr-
o anumit ˘a locat ,ie [78]. Gazele produse de acestea pot avea rol de semnalizare celular ˘a, speculandu-se
posibilitatea recrut ˘arii de PMN suplimentare, prin aceste gaze, acolo unde este necesar. ˆIn cazul bo-
lilor pulmonare [91], PMN pot r ˘amˆane blocate ˆın plam ˆani,ˆın concentrat ,ii mari, produc ˆand aparit ,ia

39
VOC ˆın respirat ,ie. Dac ˘a nivelul de glucoz ˘a din corp se modific ˘a, aspecte funct ,ionale ale neutrofile-
lor vor fi afectate. ˆIn cazul diabetului, s-au observat concentrat ,ii mari de substant ,e antibacteriene ˆın
sˆange, precum mieloperoxidaza (MPO) s ,i defensine derivate din neutrofile. Astfel, producerea VOC
de c˘atre PMN poate fi folosit ˘a drept un biomarker al modific ˘arii funct ,iilor sistemului imunitar s ,i al
declans ,˘arii s ,i progresia diabetului [78].
Figura 3.4: Relat ,iaˆıntre PMN s ,i diabet [78]
ˆIn principal, dintre compus ,ii chimici ce pot fi g ˘asit ,iˆın respirat ,ia uman ˘a, cˆat,iva r ˘amˆan constant
ˆın interesul cercet ˘arilor continue. O prim ˘a grup ˘a de compus ,i notabili, abundent ,iˆın respirat ,ie, sunt
cetonele (aceton ˘a, 2-pentanon ˘a s,i 2-butanon ˘a), ce apar ˆın urma lipolizei [92], pacient ,ii cu rezistent ,˘a
la insulin ˘a avˆand o product ,ie crescut ˘a de lipide. Etilena s ,i gazele conexe, derivate de neutrofile, este
presupus ˘a a avea rol ˆıntr-un sistem complex de semnalizarea celular ˘a,ˆın ceea ce prives ,te reglarea
nivelului de glucoz ˘a [78]. ˆIn final, amoniacul s ,i compus ,ii pe baz ˘a de azot au fost propus ,i ca posibili
markeri ai bolilor renale, aces ,tia fiind rezultat ,i din cres ,terea cantit ˘at,ii de uree ˆın corp, din cauza
incapacit ˘at,ii rinichilor de a filtra eficient s ˆangele [93]. O cercetare am ˘anunt ,it˘a a ar ˘atat ca intervalul de
variat ,ie al concentrat ,iei de amoniac, ˆın respirat ,ie, la pacient ,ii cu uremie, este de 820 – 14700 ppb, ˆın
comparat ,ie cu 425 – 1800 ppb, interval asociat unui pacient s ˘an˘atos [94]. Mai mult, ˆın urma studiul
s-a constatat o corelat ,ie liniar ˘a concentrat ,ia de amoniac ˆın respirat ,ie s,i concentrat ,ia de uree ˆın plasm ˘a
[82].