Аннотация:В последнее время всё больше внимания уделяется изучению роли микроорганизмов желудочно-кишечного тракта млекопитающих и их возможности генерировать метаболиты, способные регулировать многочисленные биологические процессы организма. Особое значение имеют газовые метаболиты (водород и метан), всасывающиеся в кровь, распределяющиеся по организму и выделяющиеся с выдыхаемым воздухом. Их концентрации и динамика образования имеют важное значение для исследования состава и состояния микробиоты, а также диагностики ряда заболеваний, например, синдрома избыточного бактериального роста (СИБР). Используемые в настоящее время хроматографические методы анализа метаболитов в выдыхаемом воздухе позволяют проводить только дискретные измерения с интервалом не менее 15-20 минут, что ограничивает их научные и диагностические возможности. Дальнейшее развитие этой области требует внедрения новых методов исследования, обеспечивающих непрерывный анализ выдыхаемого воздуха в режиме реального времени.В настоящей работе представлены результаты разработки и первичных испытаний системы для непрерывного анализа концентраций газовых метаболитов микробиоты у мелких лабораторных животных на основе метода диодно-лазерной спектрометрии (ДЛС) в сочетании с высокоселективными электрохимическими сенсорами водорода и кислорода. Предложенная система позволяет непрерывно регистрировать концентрации H2, CH4, 12/13СО2, NH3, Н2S, H2O и О2 в биологически и клинически значимых диапазонах, что открывает новые возможности для экспериментальных исследований и медицинской диагностики. Во время измерения животное находится в прозрачном герметичном боксе объёмом 1,3 литра, оснащённым кормушкой и поилкой. Помещение животных в бокс не требует использования наркоза или фиксирующих устройств. Вентиляция бокса осуществляется мембранным насосом со скоростью 1,7 л/мин для обеспечения стабильной концентрации углекислого газа (CO2) не более 0.5-0.6% и кислорода на уровне 20-21%. Воздух из бокса поступает в аналитический блок, включающий в себя электрохимические сенсоры и систему ДЛС. Проведение измерений осуществляется без ограничений доступа к воде и пище в условиях, максимально приближённых к стандартным. Кроме того, существует возможность проведения совместного мониторинга групп особей или параллельного индивидуального мониторинга нескольких особей.Пилотное тестирование системы с использованием 2 конвенциональных крыс Wistar подтвердило возможность непрерывной регистрации концентраций газовых метаболитов микробиоты продолжительностью до 24ч с частотой измерений не менее 20 сек. Концентрация метана в выдыхаемом воздухе после стандартной лактулозной нагрузки (2 г/кг) составляла от 4 до 10 ppm. Динамика изменений соответствовала циркадианному ритму. Отмечалось увеличение частоты пиков концентрации метана, которое свидетельствовало об ускорении образования флатуса и увеличении флатуленции. Концентрация водорода в течение всего периода измерения оставалась незначительной (0,4-1,5 ppm), что указывало на преобладание в микробиоте кишечника метаногенных микроорганизмов (архей). Изменения дыхательного коэффициента соответствовали ожидаемому уровню физиологической активности животных с учетом циркадианного ритма. Значимых признаков дистресса животных во время тестирования или после него отмечено не было.
