Молекули-підказки: як запах тіла допомагає розпізнати хворобу

Діагноз за запахом? А чому б і ні. Людський ніс – унікальний діагностичний інструмент, даний нам природою. Нюх – це здатність сприймати і розпізнавати молекули летких речовин через спеціальні нюхові рецептори носа. Нюхова ділянка площею лише кілька квадратних сантиметрів розташована у верхній частині носової порожнини. Саме там хеморецептори перетворюють молекули летких речовин на електричні імпульси, що передаються нюховим нервом безпосередньо до нюхової цибулини, а звідти – до лімбічної системи^[1]. Тоді як зорові чи слухові імпульси проходять складний фільтр таламуса й обробляються в корі мозку, запахи безпосередньо через лімбічну систему впливають на нашу підсвідомість, емоції та пам’ять – адже мигдалина і гіпокамп, складові лімбічної системи, є центрами емоцій і довготривалої пам’яті. Саме тому знайомий запах може викликати низку спогадів та емоційних образів. Не дивно, що у виборі партнера запах теж відіграє не останню роль – це давній еволюційний механізм, успадкований нами від предків.

Людина має близько 10 млн нюхових клітин^[1] і здатна розрізняти від кількох тисяч до трильйона різних запахів. Хвороба – це унікальне порушення нормальної роботи організму, що супроводжується змінами біохімічних, гормональних та ферментних систем і призводить до характерних запахів, властивих тому чи іншому захворюванню. Іноді запах дозволяє запідозрити хворобу навіть на ранніх стадіях. Уже ведуться розробки біокібернетичних пристроїв, здатних виявляти безліч молекул-запахів – наприклад, діагностувати рак простати, легенів, молочних залоз. Але спочатку хочеться згадати про більш доступні запахи, які здатна розрізнити чи не кожна людина і які доволі точно можуть вказати фахівцю на відповідний патологічний стан. Ми не обираємо, чути запах пацієнта чи ні. То чому б не перетворити цю здатність на унікальний інструмент, що підвищить цінність наших консультацій та рекомендацій? Тож зануримося у світ запахів.

Запах ацетону (мочених яблук, солодко-фруктовий, схожий на рідину для зняття лаку) з’являється під час підвищення рівня кетонів у крові. Кетонові тіла (ацетон) утворюються внаслідок кетогенезу^[2] та розпаду жирних кислот. Організм запускає цей метаболічний шлях тоді, коли звичайний механізм отримання енергії з глюкози не функціонує або не забезпечує енергетичних потреб. Причинами підвищення рівня ацетону в дорослих є дієти з обмеженням вуглеводів, голодування, підвищені фізичні навантаження та стреси, вживання продуктів з високим вмістом жирів, шлунково-кишкові інфекції тощо. Особливої уваги потребує підвищення ацетону у хворих на цукровий діабет, оскільки воно свідчить про декомпенсацію захворювання та можливий розвиток гострого ускладнення – кетоацидотичної коми, яка потребує негайного інтенсивного лікування.

Підвищення рівня ацетону в дітей відбувається через недостатність ферментних систем печінки. Кетони, що надходять у кров, подразнюють слизову оболонку шлунково-кишкового тракту, що спричиняє біль у животі та блювання.

Первинний (ідіопатичний) ацетонемічний синдром трапляється в дітей віком від 1 до 12 років, частіше в худорлявих, із підвищеною збудливістю, швидкою стомлюваністю та порушеннями сну. Провокують цей стан вірусні інфекції, підвищення температури тіла, стресові ситуації, харчові перевантаження або голодування, шлунково-кишкові інфекції. Вторинний ацетонемічний синдром є симптомом іншого захворювання – наприклад, цукрового діабету, тривалого голодування, черепно-мозкової травми тощо.

Ацетонемічний синдром більш характерний для дітей із нервово-артритичною аномалією конституції. Це генетична схильність до зривів адаптації та розвитку патологічних станів під дією несприятливих факторів внутрішнього чи зовнішнього середовища. Однією з найважливіших особливостей є порушення пуринового обміну.

Основні прояви: нудота і блювання протягом 1–5 днів, спастичний біль у животі, підвищення температури тіла до 37,5–38,5°С, неспокій, збудження дитини, бліда і суха шкіра з характерним рум’янцем. Під час дихання від дитини можна відчути запах ацетону (мочених яблук, фруктовий). Запах ацетону також мають сеча, блювотні маси та кал. Інтенсивність запаху залежить від концентрації ацетону.

У разі отруєнь різними токсичними речовинами сеча та видихуване повітря можуть мати характерний запах, за яким можна ідентифікувати токсичну сполуку, – що особливо важливо, якщо хворий непритомний. Фосфорорганічні інсектициди мають характерний запах гнилого часнику^[3], синильна кислота та ціаніди – гіркого мигдалю^[4], нікотин – тютюну. Під час отруєння скипидаром видихуване повітря пахне характерним хвойним запахом, тоді як сеча – запахом фіалок.

Запах прілого свіжоскошеного сіна або характерний печінковий запах^[5] з подиху людини часто вказує на захворювання печінки, особливо у тяжких стадіях із порушенням обміну аміаку та кетонів. Найчастіше він трапляється в пізніх стадіях печінкової недостатності, під час портальної гіпертензії та печінкової енцефалопатії. Цей запах зумовлений меркаптанами, які безперешкодно надходять безпосередньо в легені та видихаються назовні.

Запах мишачої сечі (старого горища, затхлий запах) – це характерний запах тіла, сечі та поту, що супроводжує вроджене порушення обміну амінокислоти фенілаланіну^[6]. Він виникає внаслідок дефекту гена, відповідального за синтез фенілаланінгідроксилази (ФАГ), що в нормі розщеплює фенілаланін. За її дефіциту фенілаланін та продукти його обміну (фенілоцтова кислота) накопичуються в організмі, що призводить до неврологічних проблем, судом, затримки розвитку і розумової відсталості. Такі діти мають характерний зовнішній вигляд: невеликий розмір голови, світла шкіра, волосся та блакитні очі, оскільки фенілаланін не може перетворюватися на меланін – пігмент, що визначає колір шкіри та волосся. Лікуванням є довічна дієта з обмеженням білка.

Запах пітних ніг (шкарпеток). Крім безпосередньо пітних ніг, такий запах, особливо в маленьких дітей, може свідчити про наявність спадкового захворювання – ізовалеріанової ацидемії^[7]. За цього захворювання, що успадковується за аутосомно-рецесивним типом, виникає вроджений дефект ферменту ізовалерил-КоА-дегідрогенази, що бере участь в обміні білків. Організм втрачає здатність розщеплювати амінокислоту лейцин. Це призводить до накопичення ізовалеріанової кислоти, яка уражає нервову систему та внутрішні органи і власне має характерний запах. Хвороба проявляється ще в дитинстві – у гострій або хронічній формі. Для неї характерні різкий запах поту або сечі, що нагадує зіпсовані шкарпетки, відмова від їжі, нудота, зниження ваги, млявість, сонливість та затримка психомоторного розвитку.

Рибний запах від тіла, поту, слини та сечі може бути ознакою триметиламінурії. Це спадковий генетичний дефект гена FMO3, що кодує фермент флавін-монооксигеназу-3, яка в нормі розщеплює продукт травлення – триметиламін – у печінці до нейтральних сполук^[8]. Коли ферменту недостатньо, триметиламін (що має характерний різкий запах гниючої риби) виділяється з потом, сечею, диханням та вагінальними виділеннями. Це й зумовлює неприємний запах, що посилюється під час вживання продуктів, багатих на холін, карнітин та лецитин (попередники триметиламіну – яйця, печінка, боби, арахіс, соя, морська риба та хрестоцвіті), у період гормональних змін, під час занять спортом, вживання нікотину, антидепресантів чи тамоксифену. Запах особливо посилюється у підлітків у період гормональних змін, що може призводити до порушень соціалізації та соціальної ізоляції. Основним видом лікування є дієта зі зниженим вмістом холіну, карнітину та лецитину.

Рибний запах ізольовано вагінальних виділень у статевозрілих жінок може також бути ознакою бактеріального вагінозу. Це стан дисбалансу мікрофлори піхви, за якого зменшується кількість корисних лактобактерій, а їхнє місце займають умовно патогенні бактерії, найчастіше – гарднерели.

Запах кленового сиропу – характерний солодкуватий запах сечі та поту, що нагадує кленовий сироп чи перепалений цукор, – супроводжує лейциноз. Це спадкове захворювання^[9], що передається за аутосомно-рецесивним типом. Воно зумовлене дефектом гена, що бере участь у метаболізмі амінокислот лейцину, ізолейцину та валіну: ці амінокислоти не розпадаються і накопичуються в організмі, отруюючи його. Захворювання проявляється, як правило, майже одразу після народження і може мати перебіг від помірно вираженого до тяжкого. У тяжких випадках симптоми з’являються в перші дні після народження: відмова від їжі, нудота, млявість, блювання, неврологічні прояви, судоми та кома. У легших випадках спостерігаються поганий апетит, млявість, дратівливість, порушення сну, затримка психічного та моторного розвитку, можуть виникати метаболічні кризи. Лікуванням є дієта з виключенням лейцину, ізолейцину та валіну; іноді альтернативою є трансплантація печінки.

Аміачний запах (сечовини) характерний для ниркової недостатності чи захворювань сечовивідної системи і пов’язаний з накопиченням в організмі продуктів азотистого обміну. Іноді специфічний запах сечі може свідчити про її нетримання чи гіперактивний сечовий міхур, через що людина втрачає повноцінний контроль над сечовипусканням.

Виражений солодкуватий нудотний аромат, який описують як карамельний або фруктовий, мають рани та гнійно-запальні процеси, спричинені синьогнійною паличкою.

Неінтенсивний, але стійкий запах житнього хліба або дріжджів може бути раннім маркером хвороби Альцгеймера^[10].

Мускусний запах – один із дуже ранніх проявів хвороби Паркінсона, так само як і закрепи. Він може з’являтися за кілька років до появи видимих рухових розладів. Виникає через зміну складу шкірного сала^[11]: воно містить підвищену кількість гіпурової кислоти, ейкозану та октадеканолу, які під час взаємодії з бактеріями шкіри і створюють характерний деревний або мускусний аромат. Цю особливість випадково виявила медсестра Джой Мілн^[12], яка відчула незвичний деревний чи мускусний аромат від свого чоловіка за кілька років до того, як йому діагностували хворобу Паркінсона. Джой тривалий час співпрацювала з командою дослідників Манчестерського університету під керівництвом П. Берран, яка розробила експериментальний метод перевірки здатності Джой розрізняти запах хвороби Паркінсона за кілька років до її клінічної маніфестації.

Неймовірний нюх собак, які мають близько 300 млн нюхових рецепторів (проти 5–6 млн у людини), вже використовується в експериментальній діагностиці. Зокрема, чутливість спеціально навчених собак до раку легенів становила від 68 % за початкових стадій до 94–100 % – у разі запущених^[13]. За колоректального раку чутливість виявлення запаху в зразках видихуваного повітря собаками порівняно з колоноскопією становила 0,91, а специфічність – 0,99^[14].

Ця властивість нюху, притаманна людям, але значно більшою мірою – тваринам, спонукає вчених до розробки спеціального пристрою, чутливого до запахів так само, як і ніс собаки. Розробки у сфері машинного нюху (Machine Olfaction, або sniff tech) нині переживають справжній технологічний бум і вважаються одним із найбільш перспективних і недостатньо освоєних напрямків у біотехнологіях та штучному інтелекті. Вже з’явилися стартапи, що займаються цією проблемою, зокрема RealNose.ai (засновник – фізик Андреас Мершин). Мета таких стартапів – створити портативний пристрій, у який пацієнту достатньо помістити зразок (наприклад, сечі), а штучний інтелект за лічені хвилини розпізнає «патерн запаху» агресивного раку простати чи легенів на стадії, коли звичайні онкомаркери ще мовчать^[15]. У Великій Британії вже розпочато масштабні клінічні випробування таких систем електронного носа на реальних пацієнтах медичних закладів (тестують понад 500 зразків паралельно з навченими собаками-детекторами)^[16]. Також дослідження останніх років доводять, що за специфічним запахом шкіри електронний ніс на базі штучного інтелекту здатний визначати хворобу Паркінсона з точністю понад 91 %. Схожі розробки ведуться для ранньої діагностики хвороби Альцгеймера та хвороби Гантінгтона, коли лікування є найефективнішим. Це надзвичайно перспективна галузь досліджень і зручний для пацієнта неінвазивний метод діагностики.

Сподіваюся, ця мандрівка молекулярним світом запахів була цікавою і корисною. Можливо, ця стаття допоможе фармацевту за першим столом швидше запідозрити патологічний стан пацієнта за запахом, передбачити можливі ускладнення (як у випадках із запахом ацетону) та вчасно скерувати його до лікаря, а також розширити арсенал діагностичних методів і можливості фармацевтичної опіки. Наш час – це час стрімкого розвитку штучного інтелекту та біокібернетичних технологій, і хто знає, може, вже через 5–10 років онкоскринінг за запахом можна буде пройти в кожній аптеці, а хворобу Паркінсона діагностувати завчасно – коли функціональність нейронів ще достатньо збережена. Можливості людського організму якщо не безмежні, то доволі широкі, зокрема й діагностичні. Вивчення нюху та його діагностичного потенціалу є перспективною галуззю, до якої може долучитися кожен.

---