Fiecare dintre cele cinci simțuri ale noastre este unic în felul său. Se face referire la simțul miraculos al mirosului în celebra pildă a profetului Iosif, la momentul în care tatăl său, profetul Iacob, a spus: „Simt mirosul lui Iosif” de la depărtare și, când și-a pus pe față cămașa fiului său, a devenit din nou văzător (Sura 12:94, 96). Această întâmplare este un semn că mirosul sau transpirația pot deveni un reper pentru cercetători în ceea ce privește diagnosticul și tratamentul bolilor.
Unele dintre proprietățile mai puțin cunoscute ale simțului mirosului au fost examinate recent. Studiile efectuate colectiv în cadrul a trei discipline în curs de dezvoltare, și anume inteligența artificială (IA), nanotehnologia și chimia moleculară, au sugerat că ar putea fi posibilă diagnosticarea bolilor unei persoane pe baza mirosului transpirației, urinei și aerului expirat.
Imaginați-vă că boala Parkinson, scleroza multiplă, insuficiența renală, boala Crohn, hipertensiunea pulmonară, boala cronică de rinichi sau orice tip de cancer ar putea fi diagnosticate printr-o simplă evaluare a mirosului aerului expirat, fără să fie necesară nicio procedură dureroasă sau invazivă, introducerea unei sonde, folosirea unei seringi sau a oricărui alt dispozitiv. Ar fi atât de comod, nu-i așa? Știm că etilotestele sunt folosite de câteva decenii pentru a detecta alcoolul prin analiza eșantionului de aer expirat de la un șofer. Oamenii de știință au fost curioși să afle de ce o astfel de abordare nu a putut fi aplicată pentru depistarea altor boli și, astfel, s-au implicat într-o cercetare interesantă.
O echipă de cercetători de la universități din Israel, Franța, Letonia, China și Statele Unite a reușit recent să depisteze 17 boli cu o rată de acuratețe de 86%, folosind un analizor care identifică moleculele din probele de aer expirat cu ajutorul softwareului de inteligență artificială.
Mirosurile emanate de corpurile umane sunt la fel de unice precum amprentele, deoarece sunt determinate de diferențele genetice și metabolice dintre oameni. Bebelușii își recunosc mamele după mirosul lor și nu acceptă să fie alăptați de o altă femeie decât dacă le este foarte foame. Fiecare casă are mirosul ei unic. Partenerii care formează un cuplu recunosc persoana iubită în funcție de mirosul acesteia. Motivul înțelept din spatele varietății de mirosuri din viața noastră are de-a face cu stimularea apetitului, sentimentele de înălțare sufletească și identificarea și evitarea alimentelor stricate și a altor substanțe potențial dăunătoare. Sigur că atunci când sănătatea umană se degradează, produșii secundari dăunători - cum ar fi moleculele deteriorate din cauza fermentației, morții, degradării sau nerealizarea corectă a proceselor de sinteză cauzată de probleme la nivel celular, al țesuturilor sau organelor - încep să se infiltreze în corp prin sânge. Unii dintre acești produși sunt excretați de organism prin transpirația la nivelul pielii, prin urină, cu ajutorul rinichilor sau prin expirație, realizată cu ajutorul plămânilor.
COMPOZIȚIA MOLECULARĂ A AERULUI EXPIRAT
Pentru a înțelege mai bine acest proces, trebuie să aruncăm o privire mai atentă asupra compoziției moleculare a aerului expirat. Aerul pe care îl expirăm conține azot, oxigen, dioxid de carbon, argon și vapori de apă. Respirația omului conține, de asemenea, molecule chimice organice volatile sub formă de gaz, care se pot integra cu ușurință în aer datorită presiunii ridicate a vaporilor la o temperatură normală. Biochimistul american Linus Pauling, unul dintre fondatorii chimiei cuantice moderne și ai biologiei moleculare, care a câștigat Premiul Nobel pentru Chimie în 1954 și Premiul Nobel pentru Pace, a analizat, în 1971, substanțele volatile din 250 de mostre de aer expirat folosind metoda cromatografiei gaz-lichid. Pauling este adesea considerat un pionier în domeniul analizei aerului expirat din perioada contemporană. Potrivit unui studiu realizat 40 de ani mai târziu, aerul expirat conține peste de 3.500 de compoziții chimice constând în mare parte din fragmente de molecule volatile [1].
Majoritatea acestor compoziții conțin produși metabolici sintetizați sau descompuși în cadrul proceselor din organism, iar altele poartă numele de biomarkeri. De exemplu, biomarkerii pulmonari au legătură cu procesele care au loc în sistemul respirator, în special în căile respiratorii. Evaluarea acestor biomarkeri este utilă în diagnosticul bolilor inflamatorii ale sistemului respirator. Câteva exemple de biomarkeri din această categorie includ peroxidul de hidrogen și izoprostanii, derivații de oxid nitric, metaboliții, markerii inflamatori precum acidul arahidonic (de exemplu, prostanoizii, leucotrienele și epoxizii) și adenozinele. Temperatura aerului expirat este, de asemenea, considerată un factor important în construirea unui prototip de „nas electronic”, care ia în calcul toți acești factori și pe baza cărora au început să fie construite noi tehnologii de analiză și informatice care îi combină cu scopul de a obține rezultate unice. În ceea ce privește diagnosticarea bolilor prin depistarea mirosurilor de către animale, știm că pe baza mirosului aerului expirat, câinii sunt capabili să depisteze Mycobacterium tuberculosis, o bacterie responsabilă de tuberculoză, în timp ce șobolanii pot face acest lucru mirosind sputa [2].
În cadrul unui studiu, o probă de sânge prelevată de la un pacient cu cancer de colon a fost testată alături de probe de sânge de la subiecți sănătoși. Un câine a fost capabil să identifice proba de la pacientul cu cancer de fiecare dată. Acest studiu a demonstrat că există un miros specific pentru fiecare tip de cancer, iar compușii chimici unici specifici cancerului se plimbă prin corpul nostru.
O echipă de cercetare condusă de profesorul Hossam Haick de la Institutul de Tehnologie din Israel a colectat mostre de aer expirat de la 1.404 persoane sănătoase (din grupul de control) și de la persoane care sufereau de 17 boli diferite, precum cancerul pulmonar, colorectal, cerebral și la gât, ovarian, vezical, de prostată, renal, gastric, boala Crohn, colita ulcerativă, sindromul colonului iritabil, boala Parkinson idiopatică, Parkinsonismul atipic, scleroza multiplă, hipertensiunea pulmonară, toxemia gravidică (preeclampsia) și boală cronică de rinichi.
Mucoasa umedă din interiorul nasului nostru atrage de obicei moleculele chimice volatile. Când moleculele de miros intră în contact cu celulele receptoare aflate în epiteliul mucoasei, ele se atașază de acești receptori și trimit semnale electrice către aproximativ 2.000 de glomeruli. Glomerulii sunt structuri sferice alcătuite din nervi care receptează mirosurile și le pot transmite sub formă de semnale electrice în becul olfactiv situat în secțiunea frontală și la baza creierului. Există aproximativ 2.000 de glomeruli pe suprafața becului olfactiv. Mirosul constă în interpretarea informației codificate pe baza moleculelor de miros din acești glomeruli. Nasul uman este capabil să perceapă un trilion de mirosuri. În studiul desfășurat de Haick, nanotehnologia și învățarea automată înlocuiesc capacitatea de miros a creierului biologic.
Oamenii de știință coordonați de Haick au folosit un strat de detecție a carbonului organic care controlează rezistența electrică a straturilor formate din nanotuburi prin care trec moleculele nanotehnologice pentru a identifica compuși organici volatili asociați cu boli specifice. Rezistența electrică variază în funcție de tipul de molecule chimice organice volatile. Softwareul IA analizează aceste modificări cu ajutorul unui sistem de învățare automată pentru a determina ce moleculă diferă la persoanele bolnave versus cele sănătoase în funcție de boală. Până acum, cancerul gastric a fost depistat cu o rată de acuratețe de 92-94 % în testele efectuate la peste 8.000 de pacienți din clinici. Astfel, cercetătorii au reușit să descopere că fiecare boală are o compoziție proprie a aerului expirat.
Pe măsură ce diagnosticul bolilor pe baza mirosului face progrese, numărul cazurilor în care este determinată compoziția structurală a mirosului din aerul expirat sau al transpirației crește. Acest fapt mărește posibilitatea de a depista multiple boli într-un stadiu incipient chiar înainte ca simptomele lor să se manifeste. O rată de acuratețe de 90% a fost obținută în diagnosticarea precoce a preeclampsiei, o boală asociată cu hipertensiunea arterială în timpul sarcinii [4].
Dr. Hirsch spune că dispozitivul care poate diagnostica cancerul pulmonar cu o rată de acuratețe de 90% este capabil să depisteze un miros anume care provine de la celulele canceroase. Sebumul secretat de piele înainte de orice simptom al bolii Parkinson are un miros asemănător moscului, care nu este neplăcut, dar diferă de cel obișnuit. Când medicii folosesc aceeași tehnologie pentru a detecta boala Parkinson, diversele tipuri de cancer, insuficiența renală, scleroza multiplă și boala Crohn, rata de acuratețe este de 86%. Amoniacul din respirație este un simptom al insuficienței renale. Cercetătorii de la Universitatea din Illinois au dezvoltat un dispozitiv de unică folosință cu care se poate obține compoziția aerului expirat în cazul insuficienței renale într-un stadiu foarte incipient. Există chiar și cazuri în care medicii pot diagnostica anumite boli doar folosindu-se de sensibilitatea la miros, fără a fi nevoie de echipamente speciale. De exemplu, atunci când ficatul unei persoane începe să se deterioreze și nu reușește să elimine anumite toxine, acești poluanți se vor acumula în urină, transpirație și chiar respirație, eliberând un miros de pește crud.
Dacă aveți o infecție la nivelul gingiilor, bacteriile vor secreta toxine care miros a ouă putrezite, din cauza hidrogenului sulfurat. Acest miros ne transmite că persoana în cauză are gingivită, un abces dentar sau o igienă orală deficitară. Respirația pacienților diabetici miroase a fructe. Acest lucru poate indica prezența cetoacidozei diabetice, deoarece organismul folosește grăsimile pentru a produce energie, ca urmare a lipsei de insulină sau a neutilizării adecvate a insulinei existente. Respirația care are un miros „acru” este unul dintre primele simptome ale mononucleozei infecțioase, cauzată de virusul Epstein-Barr. În cazul unor boli metabolice rare, cum ar fi trimetilaminuria, alimentele precum peștele, ficatul, ouăle și unele legume nu pot fi digerate în intestine și, pe măsură ce se descompun, emană un miros puternic de pește. În boala urinei cu miros de sirop de arțar, cauzată de o tulburare genetică, sugarii nu au capacitatea de a descompune anumite cantități de proteine și, ca urmare, urina, ceara din urechi și alte lichide secretate de corp miros a sirop de arțar.
BIBLIOGRAFIE
Popov, A. T. (2011): Human exhaled breath analysis. Annals of Allergy, Asthma & Immunology, Volume 106, Issue 6, p. 457.
Bijland, L.R., M K Bomers, M.K., Smulders, Y.M. (2013): Smelling the diagnosis: a review on the use of scent in diagnosing disease. Neth. J. Med.Jul-Aug. 71 (6): 300-307.
Nakhleh, M.K., Haick, H. et al. (2017): Diagnosis and Classification of 17 Diseases from 1404 Subjects via Pattern Analysis of Exhaled Molecules. ACS Nano 2017, 11, 1, 112–125.
Nakhleh, M.K., Baram, S., Zaher, R.J. et al. (2016): Artificially Intelligent Nanoarray for the Detection of Preeclampsia under Real-World Clinical Conditions. Advanced Materials Technologies 1 (9): 1600132
Comments