Разработка эталонной установки для метрологического обеспечения измерений дельта значения отношения изотопов углерода и кислорода в выдыхаемом воздухе

Дыхательные тесты в отечественной и зарубежной медицине признаны эффективным и безопасным способом выявления в желудочно-кишечном тракте патогенов, в частности – бактерии Helicobacter Pylori. В конце XX в. для диагностики заболеваний желудочно-кишечного тракта в клиническую практику был введен уреазный дыхательный тест на основе использования мочевины, меченной стабильным изотопом 13С ( 13С-уреазный дыхательный тест). Суть метода заключается в измерении дельта значения отношения изотопов углерода и кислорода в выдыхаемом воздухе. За десятилетия клинической практики применения указанного теста аккумулирован богатый опыт, связанный с диагностикой заболеваний, вызванных, в том числе, бактерией Helicobacter Pylori. Значительный массив знаний накоплен и в части метрологического сопровождения измерений дельта значения отношения изотопов углерода и кислорода в выдыхаемом воздухе.

В настоящей статье описаны процедура и результаты разработки эталонной установки для метрологического обеспечения измерений дельта значения отношения изотопов углерода и кислорода в выдыхаемом воздухе, реализованные в рамках СЧ ОКР «Система-2020-М» во ВНИИМ им. Д. И. Менделеева. Авторы представили теоретическую проработку, методологию испытаний, их последовательность и результаты. Публикация также содержит отчет о проведении международных сличений CCQM-P204 «Изотопные отношения CO2 (δ13VPDB и δ18VPDB) в чистом CO2» с участием разработанной ВНИИМ эталонной установки. Полученные в ходе сличений метрологические характеристики эталонной установки соответствуют метрологическим характеристикам ведущих метрологических институтов мира в части измерений дельта значения отношения изотопов углерода и кислорода.

Учитывая высокую востребованность дыхательных тестов в медицинской практике и очевидную перспективность данного вида диагностики, дальнейшие исследования будут направлены на создание Государственного первичного эталона единицы дельта значения отношения изотопов углерода, кислорода, водорода на базе созданной эталонной установки и разработку сертифицированных стандартных образцов отношений изотопов углерода, кислорода, водорода в жидких, твердых и газообразных средах, в том числе – с целью замещения ими материалов зарубежного производства.

1. Хеннесси Е. О. Серологические маркеры цепиакии и нарушение моторно-эвакуаторной функции желудка у детей и подростков с сахарным диабетом 1 типа : спец. 14.01.02. «Эндокринология» : автореферат дисс. на соискание степени канд. мед. наук / Е. О. Хеннесси; ФГБУ «Эндокринологический научный центр» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации. М., 2012. Место защиты: ФГБУ «Эндокринологический научный центр» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации. URL: https://www.endocrincentr.ru/sites/default/files/specialists/science/dissertation/hennessy.pdf?ysclid=luqw9v9biw282464994 (дата обращения: 17.01.2024).

2. Эльман А. Р., Рапопорт С. И. Стабильно-изотопная диагностика в России: итоги и перспективы. 13С-препараты, приборы, методы // Клиническая медицина. 2014. Т. 92, № 7. С. 5–11.

3. Заикин В. Г. Хромато-масс-спектрометрия в России // Журнал аналитической химии. 2011. Т. 66, № 11. С. 1205–1209.

4. Колобова А. В., Чубченко Я. К., Афанасьев Г. А. Разработка эталонной установки для метрологического обеспечения диагностики заболеваний, вызванных инфекцией Helicobacter Pylori на основе определения изотопов углерода и кислорода в выдыхаемом воздухе // Сборник тезисов докладов II Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «За нами будущее» и Х Международного конкурса «Лучший молодой метролог КООМЕТ – 2023», Екатеринбург, 14–16 июня 2023 г. : Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии [и др.]. СПб.: ООО «Издательско-полиграфическая компания «Коста», 2023. С. 236–238.

5. SRS-sensor 13C/12C isotops measurements for detecting Helicobacter Pylori / A. Grishkanich [et al.] // Optical fibers and sensors for medical diagnostics and treatment applications XVIII. Vol. 10488. SPIE, 2018. P. 198–209. https://doi.org/10.1117/12.2295927

6. Raman sensor with isotopic resolution for medical applications / Y. Chubchenko [et al.] // 2018 International Conference Laser Optics (ICLO). IEEE, 2018. P. 572–572. DOI:10.1109/LO.2018.8435819

7. Helicobacter pylori breath test by the Raman spectroscopy gas analyzer / E. E. Popov [et al.] // 2022 International Conference Laser Optics (ICLO). IEEE, 2022. P. 1–1. https://doi.org/10.1109/ICLO54117.2022.9840012

8. 13С measurements in a human exhalation / E. E. Popov [et al.] // 2022 International Conference Laser Optics (ICLO), 20–24 June 2022, St. Petersburg, Russia. IEEE, 2022. С. 1–1. https://doi.org/10.1109/ICLO54117.2022.9839711

9. Чубченко Я. К. Разработка стандартных образцов изотопного состава диоксида углерода для 13С-уреазного дыхательного теста // Эталоны. Стандартные образцы. 2023. Т. 19, № 4. С. 51–62. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-4-51-62

10. Srivastava A., Verkouteren M. R. Metrology for stable isotope reference materials: 13C/12C and 18O/16O isotope ratio value assignment of pure carbon dioxide gas samples on the Vienna PeeDee Belemnite-CO2 scale using dual-inlet mass spectrometry // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2018. Т. 410. С. 4153–4163. https://doi.org/10.1007/s00216-018-1064-0

11. Final report of CCQM-P204, comparison on CO2 isotope ratios in pure CO2 / J. Viallon [et al.] // Metrologia. 2023. Vol. 60, № 1A. P. 08026. https://doi.org/10.1088/0026-1394/60/1A/08006

12. An optimized sampling system for highly reproducible isotope ratio measurements (δ13C and δ18O) of pure CO2 gas by infrared spectroscopy / J. Viallon [et al.] // Metrologia. 2020. Vol. 57, № 5. P. 055004. https://doi.org/10.1088/1681-7575/ab948c

13. Craig H. Isotopic standards for carbon and oxygen and correction factors for mass-spectrometric analysis of carbon dioxide // Geochimica et cosmochimica acta. 1957. Vol. 12, № 1–2. P. 133–149. https://doi.org/10.1016/0016-7037(57)90024-8

14. Brand W. A., Assonov S. S., Coplen T. B. Correction for the 17O interference in δ(13C) measurements when analyzing CO2 with stable isotope mass spectrometry (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. 2010. Vol. 82, № 8. P. 1719–1733. https://doi.org/10.1351/PAC-REP-09-01-05

15. Santrock J., Studley S. A., Hayes J. M. Isotopic analyses based on the mass spectra of carbon dioxide // Analytical Chemistry. 1985. Vol. 57, № 7. P. 1444–1448. https://doi.org/10.1021/ac00284a060