Potilas puhaltaa tautimetriin, ja diagnoosi on valmis.

Teksti: Jani Kaaro

Pöydät ovat täynnä tavaraa. On optisia kojeita ja aparaatteja ja tiheä liaaniviidakko erilaisia johtoja ja kaapeleita niiden välillä. – Pidämme osat vähän levällään, koska siten tämä on meille helpompaa, sanoo dosentti Olavi Vaittinen Helsingin yliopiston fysikaalisen kemian laboratoriossa. – Tarpeen tullen voimme pakata tämän kaiken pienen matkalaukun kokoiseen tilaan.Se, mikä pöydällä on levällään, on tutkijoiden versio koiran kuonosta. Tarinat kertovat, kuinka koira on havainnut ensimmäisenä omistajansa orastavan syövän, ja tutkimuksissa on vahvistettu, että koirat erottavat syöpäpotilaat terveistä pelkästään haistamalla näiden henkeä. Fysikaalisen kemian laboratoriossa pyritään nyt samaan. Professori Lauri Halosen johtamassa molekyylispektroskopian ja teoreettisen kemian tutkimusryhmässä on kehitteillä laite, joka tunnistaisi erilaiset sairaudet hengityksestä.

Taudeilla oma hengitysprofiili

Ihmisen uloshengitysilmassa on satoja erilaisia orgaanisia yhdisteitä ja muita molekyylejä. Niistä tietämättä jo 2 400 vuotta sitten elänyt kreikkalainen lääkäri Hippokrates, ”lääketieteen isä”, osasi tunnistaa sairauksia hengityksen hajun perusteella. Esimerkiksi diabeetikoiden hengitysilmassa on asetonia, joka tuoksuu mätäneviltä omenoilta. Munuaistaudeista kärsivien hengitys taas tuoksahtaa virtsalta. Myös keuhkojen ja maksan sairauksiin liittyvät omat tunnusomaiset tuoksunsa. – Lasernenämme on vain high-tech-vaihe tässä kehityksessä, huomauttaa Vaittinen. Hengitystestit perustuvat siihen, että sairaudet muuttavat solujen aineenvaihduntaa. Samalla muuttuvat aineenvaihdunnan sivutuotteet, jotka päätyvät pieninä pitoisuuksina hengitysilmaan. Siksi kullakin sairaudella on oma ”hengitysprofiilinsa”, jonka voi havaita tarkoilla mittalaitteilla jo ennen kuin sairaus on alkanut oireilla. – Olemme kiinnostuneita siitä, mitä hengitysilma voi kertoa potilaan terveydentilasta, Vaittinen sanoo.

Testejä jo käytössäkin

Ihmisille tutuin hengitystesti on alkoholimittaus. Sen lisäksi viranomaiset ovat hyväksyneet käyttöön useita muitakin puhalluskokeita. Helikobakteeritesti perustuu bakteerille tunnusomaiseen tapaan hajottaa ureaa. Testissä potilas juo annoksen isotoopilla merkittyä ureaa, minkä jälkeen hänen hengityksestään etsitään isotoopiltaan vastaavia urean hajoamistuotteita. Jos testi on positiivinen, potilaalla on helikobakteeri-infektio. Toinen jo melko yleisesti käytetty hengitystesti tunnistaa typpioksidia. Hengitysilmassa se kielii keuhkojen ja keuhkoputken tulehduksesta, ja mittausta käytetään etenkin astman diagnosoinnissa ja seurannassa. Lääkäri voi seurata puhalluttamalla, missä vaiheessa tulehdus on, ja säännöstellä lääkitystä sen mukaisesti. Kolmas hengitystesti on suunnattu sydänsiirtopotilaille. Se hyväksyttiin Yhdysvaltain markkinoille vuonna 2007. Testi osoittaa, onko elimistö alkanut hylkiä uutta sydäntä. Ennen puhallustestin tuloa ainoa tapa varmistua tästä oli ujuttaa katetri sydämeen ja ottaa siitä koepala.

Lasernenä nopea ja herkkä

Hengitystesteihin on yli kaksikymmentä erilaista tekniikkaa erityyppisine laitteineen. – Ne kaikki ovat hyviä jossakin, mutta mikään ei ole täydellinen kaikessa, Vaittinen sanoo. Tämä pitää yllä kiinnostusta uusien laitteiden kehittämiseen. Kemian laitoksen ”lasernenä” perustuu infrapuna-alueen laserspektroskopiaan, joka on melko uusi tulokas tautien tunnistuksessa. Tätä ennen sitä on käytetty esimerkiksi ilmakehän kasvihuonekaasujen seurantaan. Lasertunnistuksessa potilas puhaltaa suukappaleeseen, josta kaasunäyte johdetaan spektrometriin. Siellä kaasuja ammutaan lasersäteellä. Kukin kaasumolekyyli imee sille tunnusomaisia säteilyn aallonpituuksia, joten niistä muodostuu eräänlainen molekylaarinen sormenjälki. – Mitattavan molekyylin voi valita laserin aallonpituutta eli ”väriä” vaihtamalla, Vaittinen kuvailee. Vaittisen mukaan lasernenän edut useimpiin kilpailijoihin nähden ovat siinä, että vastaukset saadaan reaaliajassa, kun muissa menetelmissä niitä voi joutua odottamaan päiviä. Lisäksi lasernenä haistaa merkkimolekyylit pienempinä pitoisuuksina.

Orastavat syövät löytyvät

Hengitystesteiltä odotetaan paljon etenkin syöpien diagnosoinnissa. Mitä varhaisemmassa vaiheessa syöpä havaitaan, sitä paremmat ovat toipumisen mahdollisuudet. Syövän tunnistaminen hengitysilmasta perustuu lähinnä elimistön aineenvaihdunnassa syntyviin alkaaneihin ja bentseenijohdannaisiin. Syöpäsolujen aineenvaihdunta on omanlaistaan, joten ne tuottavat itselleen tyypillisen valikoiman näitä merkkiaineita. Mitään yhtä ja tiettyä ”syöpämolekyyliä” ei siis välttämättä ole, vaan tunnistaminen perustuu poikkeavaan hengitysprofiiliin. Tutkimusten mukaan hengitysprofiilit ovat tehokas keino löytää orastavat syövät. Amerikkalainen bioteknologiayhtiö Menssana Research on kehittänyt keuhko- ja rintasyövälle testejä, joiden tarkkuus tutkimuksissa on ollut 70–80 prosentin luokkaa.Hajuprofiili voi lisäksi kertoa, mikä syöpä on kyseessä. Viime vuonna israelilaiset tutkijat vertasivat keuhko-, rinta-, paksusuoli- ja eturauhassyöpää sairastavien hengitysprofiilia terveisiin verrokkeihin. Suurta huomiota saaneessa tutkimuksessa havaittiin, että kullakin syövän lajilla on omaleimainen hajusormenjälkensä.

Lasernenä huomaa infektion

Kemian laitoksen lasernenä on tätä nykyä viritetty tunnistamaan muun muassa syaanivetyä, joka paljastaa Pseudomonas aeruginosa -bakteerin läsnäolon. Pseudomonas ei sairastuta terveitä ihmisiä mutta kiusaa niitä, joiden puolustusjärjestelmässä on puutteita. Hyvä esimerkki ovat kystistä fibroosia sairastavat potilaat, joiden keuhkoissa on krooninen pseudomonaksen aiheuttama infektio.Lasernenä voi tunnistaa alkavan kystisen fibroosin, mutta sillä on kilpailija. Kaliforniassa kehitetty menetelmä, joka alun perin suunniteltiin ilmansaasteiden mittaamiseen, tunnistaa pseudomonaksille tunnusomaisia sulfideja. Kystistä fibroosia sairastavien sulfidiprofiili on erilainen kuin terveiden.

Uusia testejä kehitteillä

Vaittinen uskoo, että tulevaisuudessa hengityksestä voi diagnosoida yhä useampia sairauksia. Kehitteillä on testejä ainakin tuberkuloosin, diabeteksen ja raskausmyrkytyksen varhaiseen tunnistamiseen. Monissa klinikoissa selvitetään nykyään myös vatsa- ja suolistovaivojen syitä mittaamalla hengityksestä suolistobakteerien tuottamaa vetyä ja metaania. Hiljattain havaittiin, että ylipainoisten hengitysilmassa on enemmän metaania kuin normaalipainoisten. Kaasu on peräisin suolistobakteereista, jotka ovat ylipainoisilla erilaisia, ja saattaa olla osasyy lihavuuteen. Metaani nimittäin hidastaa suolen liikkeitä, mikä voi tehostaa ravintoaineiden imeytymistä ja lisätä kaloriensaantia.

Jani Kaaro on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Nämä jo haistetaan– Mahahaavaa aiheuttava bakteeri– Keuhkoputken ja keuhkojen tulehdus– Siirretyn sydämen hyljintä

Mitä seuraavaksi– Orastavat syövät– Kystinen fibroosi– Tuberkuloosi– Diabetes– Raskausmyrkytys– Vatsa- ja suolistovaivat

Julkaistu Tiede -lehdessä 3/2011