ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОМ ХИМИИ, 2011, том 66, № 11, с. 1228-1235
= ОБЗОРЫ
УДК 543
ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ В МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ. РАЗВИТИЕ В РОССИИ 1991-2010 гг. © 2011 г. Г. К. Будников
Химический институт им. А.М. Бутлерова, Казанский (Приволжский) федеральный университет
420008 Казань, ул. Кремлевская, 18 Поступила в редакцию 30.09.2010 г.
Кратко рассмотрены результаты междисциплинарных исследований в рамках биоаналитической и биомедицинской областей химии и физики, проводимых в нашей стране, в которых разрабатываются новые методы лабораторной и клинической диагностики.
Ключевые слова: электроанализ, биомиметика, хроматография, хромато-масс-спектрометрия, биомаркеры, неинвазивные методы, диагностика.
Введение. Несколько общих замечаний
Недавно в серии "Проблемы аналитической химии" вышла коллективная монография с таким же названием [1]. В ней обсуждены результаты междисциплинарных исследований в рамках биоаналитической и биомедицинской областей химии и физики, в которых разрабатываются новые методы лабораторной и клинической диагностики, или новые аналитические технологии. В вышедшей одновременно коллективной монографии по биохимическим методам анализа [2] также содержится материал, обобщающий опыт авторов и сведения из отечественной и зарубежной литературы в области химического анализа, связанной с охраной здоровья человека, за период последнего двадцатилетия. Ранее проблема обсуждалась на странице главного редактора "Журнала аналитической химии" [3]. В ней было сфокусировано внимание аналитиков на создание методов и средств обнаружения веществ, содержание которых в организме может служить показателем заболевания. Общий взгляд на проблему можно получить, хотя и в некоторой степени неполный, и из Интернета, введя в поисковую систему ключевые слова заголовка обзора. Химический анализ для целей медицинской диагностики — неотъемлемая часть деятельности специалистов, призванных осуществлять контроль здоровья населения. В медицинских учреждениях (клиниках, больницах, диагностических центрах и т.д.) анализ биологических жидкостей (крови и ее компонентов, спинномозговой жидкости, мочи и т.д.), а также тканей и других биоматериалов проводится в различных биохимических лабораториях. При этом обычно используют уже разработанные ранее методики, ставшие рутинными. Без результатов этих исследований порой невозможно обойтись лечащему врачу при постановке диагноза и назначениях для выздоровле-
ния пациента. Эти методы объединены в понятие "биохимический анализ", способы проведения которого в свое время были разработаны в основном аналитиками-медиками.
Жизнь постоянно требовала и требует сейчас совершенствования этих методик по различным критериям: снижение трудоемкости, быстрый отклик при мониторинге по типу on-line, надежность, селективность определения и повышение его чувствительности, снижение финансовых затрат, повышение производительности для охвата большего числа пациентов и т.д. Поэтому совершенствование методов диагностики никогда не прекращалось. Причем эти задачи решали в первую очередь сами медики-исследователи. С другой стороны, независимо от них эти вопросы решали химики-аналитики, осознав, что вектор развития аналитических наук в настоящее время заметно направлен в сторону решения проблем биомедицины и охраны здоровья человека. При этом требовалась разработка методов, основанных на новых подходах, с помощью которых возможно было бы выполнение соответствующих задач.
К химикам-аналитикам в последние десятилетия активно присоединились физики со своей концепцией медицинской физики, создавшие новейшие неинвазивные методы диагностики и лечения болезней. Исследователи-аналитики, владея опытом и знаниями в области теории и практики химических, физических и биологических методов, стали их адаптировать для решения задач биомедицины, воспринимая эти задачи как вызов времени. И здесь достигнуты впечатляющие результаты.
Методы химического анализа, основанные на применении новейших достижений в области хроматографии, электрофореза, масс-спектрометрии, спектроскопии и т.д., привели к появлению так на-
зываемой персонализированной медицины. Появилось понятие генетический паспорт, или "паспорт здоровья". Аналитическая диагностика генов предрасположенности позволяет "заглянуть в будущее" человека и обеспечить своевременную защиту организма от нежелательных эффектов, которые могут возникнуть под действием неблагоприятных эндогенных и экзогенных факторов (лекарства, продукты питания, среда обитания, инфекции и т.д.). Эта возможность связана с тем, что гены предрасположенности кодируют продукты своей деятельности (ферменты, белки и рецепторы), а последние способны взаимодействовать с компонентами окружающей среды при осуществлении биохимических процессов организма [4, 5]. И хотя успехи очевидны, и все новые достижения продолжают удивлять мир, работы исследователей в области химического анализа для медицинской диагностики не только не прекращаются, но явно расширяются [1, 2, 3]. Обращает на себя внимание возрастающий интерес к изучению состава выдыхаемого воздуха. Полагают, что диагностика, опирающаяся на газовый анализ выдыхаемого воздуха, может обладать большой достоверностью и универсальностью и позволит проводить комплексные исследования организма. Совершенствование методов диагностики идет по пути получения той информации, которая более или менее обычна для аналитической химии. А это надежность, простота, чувствительность, селективность, по возможности неинвазивность, массовость (при скрининге), низкая стоимость. Здесь особо можно выделить биосенсорику. Новые подходы при разработке методов позволяют получать дополнительную информацию, которая ранее была недоступна. В целом все это способствует проведению профилактики и лечению распространенных инфекций и хронических заболеваний, относящихся к числу социально значимых, в том числе связанных с генетическими причинами и нарушением обмена веществ или экзогенными факторами. В [1] эти вопросы предметно обсуждены в постановочных разделах соответствующих глав, которые содержат и необходимую библиографию.
Следует различать понятия "биохимические методы анализа" и "биохимический анализ". Биохимические методы анализа — это одна из групп методов, которые входят в число методов аналитической химии. Причем эти методы могут быть использованы и в анализе небиологических объектов [2]. Биохимический же анализ — это анализ биообъектов на компоненты биохимической природы, который можно осуществлять разными методами — химическими, биохимическими, физическими. Цель исследования при этом остается неизменной и, как говорят, инвариантной; вариантными здесь остаются объект и способы анализа. Выделение аналитической химии в системе научного знания по инвариантности цели потенциально предполагает включение ее в сферу всех возможных научных знаний в их
взаимосвязи и взаимодействии. И химический анализ в медицинской диагностике, необходимость здесь комплексного подхода подтверждают это как нельзя лучше.
Процедуры анализа, практически применяемые в клиниках и других лечебно-профилактических учреждениях, в какой-то степени стали обычными, рутинными. Вопрос о пробоотборе здесь в значительной степени решен. Кровь из вены, например, берут тогда, когда 2—3 ее капель из пальца недостаточно, и проводят более представительный по числу компонентов анализ (на холестерин, креатинин, мочевину, сахар, гормоны и т.д.). Биохимический анализ крови позволяет судить об обмене веществ, о состоянии печени, почек, сердца и других органов человека и т.д.
Анализы нужны не только для лечения, но и для профилактики заболеваний. Существует так называемый золотой стандарт диагностики. Это комплексная программа диагностического обследования, позволяющая врачу в сложных или неясных случаях создать целостное представление о состоянии здоровья пациента, выявить имеющиеся проблемы и разработать индивидуальную тактику лечения. Короче говоря, рутинный клинический анализ в понимании медицинского работника, проводимый в современных клинических лабораториях, позволяет дать ответ на многие вопросы о состоянии здоровья человека.
С позиций аналитической химии его следует относить к области анализа биообъектов. В рамках задачи определения специфических компонентов в биообъектах можно говорить и о вещественном анализе ^рейаНоп), и об отдельных органических соединениях, например, антиоксидантах, лекарственных формах, и изменении их концентрации (фарма-кокинетике) в организме и в его отдельных частях. В отдельных случаях некоторые компоненты рассматривают как метаболитные биомаркеры. По их обнаружению делают выволы о начальной стадии заболевания или его динамике. Имеют значения и интегральные показатели, например общая анти-оксидантная емкость крови по суммарной концентрации тех веществ, которые проявляют анти-оксидантные свойства.
Наибольшую информацию дают комбинированные методы. В обширной специальной литературе по междисциплинарным исследованиям в биологии и медицине эти методы часто объединяются в понятие биоаналитическая химия [4]. В настоящее время в значительной степени они основаны на хроматографии, прежде всего жидкостной, комбинации масс-спектрометрии с ВЭЖХ и различных вариантах электрофореза. Эти методы отнесены к высокотехнологичным. Они обеспечиваются современным высокопроизводительным аналитическим оборудованием и поэтому позволяют получать важную информацию, относящую к геномике и протеомике.
Как уже стало известно, отражением функционирования генома конкретного пациента являются постгеномные события, связанные с синтезом многочисленных белков, исследованию которых сейчас уделяют особое внимание в рамках отдельного научного направления — протеомики. Протеомный анализ биологических жидкостей и тканей человека позволяет выявить новые биомаркеры наиболее распространенных социально значимых заболеваний, а также маркеры лекарственной устойчивости, определить биомишени для создания новых лекарственных веществ. Именно успехи в этой области биоаналитической химии позволяют создавать индивидуальный генетический и протеомный
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.