חנקן חמצני בנשיפה

חנקן חמצני היא מולקולה המורכבת מאטום אחד של חמצן ואטום אחד של חנקן, והיא בעלת הנוסחא הכימיקלית NO. בתנאים סטנדרטיים של טמפרטורה ולחץ תרכובת זו נמצאת במצב צבירה גזי. זוהי מולקולת איתות ומוליך עצבי חשוב בגופם של יונקים, כולל האדם. מולקולת החמצן החנקני מיוצרת על ידי סוגים מסוימים של תא דרך תגובה דלקתית.
רמת חנקן חמצני בנשיפה (eNO) נמדדת באמצעות בדיקת נשימה (ספירומטריה) ספציפית לאבחון אסתמה. הבדיקה נעשית באמצעות נשיפה לפיה המחוברת למכונה שמודדת את רמת החנקן החמצני באוויר הריאות. חנקן חמצני מיוצר באופן רגיל על ידי הגוף, אך עם זאת, רמה גבוהה שלו בנשיפה עלולה להעיד על דרכי נשימה דלקתיות - סימן מובהק לאסתמה. בדיקה זו הולכת ונעשית נגישה יותר בבתי חולים רבים במדינות מפותחות, אם כי רמת הדיוק שלה עדיין מוטלת בספק.

פעילות ביולוגית

חנקן חמצני אנדוגני (שנובע ממקור פנימי) מיוצר על ידי מספר רב של תאים במערכת הנשימה ויש לו תפקיד חשוב כמולקולת איתות בבקרה פיזיולוגית ובפתופיזיולוגיה של מחלות נשימה. הוא גם משמש תפריד חשוב במגוון תהליכים ביולוגיים. בשכבת האנדותל של כלי הדם מולקולות ה-NO משמשות כדי לאותת לשרירים החלקים העוטפים את שכבה זו להתרפות, ועל ידי כך גורמות להתרחבות כלי הדם ולזרימה מוגברת של דם.
NO אנדוגני מיוצר מהחומצה האמינית L-arginine באמצעות שלושה אנזימים הידועים בשם: NO synthases והם: (inducible NOS (iNOS), endothelial NOS (eNOS), neuronal NO (nNOS. השניים האחרונים פעילים בצורה שוטפת בתאי אנדותל ובתאי-עצב בהתאמה, בעוד שהראשון מופעל במצבים דלקתיים (על ידי ציטוקינים, למשל).
אף על פי ש-iNOS נחשב לגורם המרכזי להימצאות NO בנשיפה אצל חולי אסתמה, ניסויים שנעשו בעכברים קשרו גם את הnNOS כאחראי.
בתחילה נהוג היה לחשוב שחנקן חמצני בנשיפה מגיע בעיקר מזיהומים בסינוסים, המכילים רמות גבוהות של NO, אך מחקרים מאוחרים יותר הראו כי דרכי הנשימה התחתונות יותר הן הגורם העיקרי ל-eNO ושתרומת סינוסים שעברו זיהום היא מינימלית.
חמצן חנקני מיוצר ברמות גבוהות באוכלוסיות המתגוררות באזורים גבוהים במיוחד, מה שמסייע לאוכלוסיות כאלו להימנע מהיפוקסיה באמצעות הרחבה של כלי הדם הפולמונריים.

אסתמה

במספר מחקרים דווח על רמות מוגברות של eNO אצל חולי אסתמה. העלייה באמות ה- eNO אינה קשורה כנראה לחומרת המחלה או לרמת היענות מעברי האוויר.
בדיקות ביופסיה של הסמפונות הראו ביטוי מוגבר של iNOS בתאי אפיתל אצל נבדקים אסתמטיים בהשוואה לכאלה שאינם חולים במחלה. עובדה זו מעידה על ייצור מוגבר של NO בדרכי האוויר התחתונות. במצבים המעודדים דלקות, כמו זיהום במעברי הנשימה או שאיפת אלרגנים (גורמים מרכזיים להתקפי אסתמה), רמת ה-eNO עולה. הגורמים לעלייה זו הם ציטוקינים שביטויים עולה במהלך תגובה דלקתית, דבר המעודד יצירה מוגברת של eNO. ישנם תרופות המשמשות לחולי אסתמה, המסייעות בהורדת רמת ה-eNO.
מחקרים נוספים הראו כי קיימים גורמים נוספים מלבד דלקות שיכולים לעודד עליית eNO, למשל חומציות מעברי האוויר.
נמצא כי בדיקות של רמות ה-eNO הן מדד טוב יותר לאבחון חולי אסתמה מאשר בדיקת תפקודי הריאות הבסיסית, כאשר לבדיקות אלה ספציפיות גבוהה יותר, אך עם זאת רגישות נמוכה יותר. כלומר, eNO יכולה לשמש כבדיקה טובה לאבחון שלילי של מחלת האסתמה, אך היא פחות יעילה לזיהוי של קיום המחלה.

ברונכיאקטזיס (התרחבות הסימפונות)

מחלה נוספת המאופיינת בעלייה של רמות ה-eNO היא מחלת הברונכיאקטזיס שבה יש התרחבות בלתי נורמלית ובלתי הפיכה של הסימפונות. במחלה זו אחוז ה-NO קשור להיקף המחלה ולחומרתה. אחוז ה-NO הגבוה בנשיפה משקף במקרה זה קיומו של תהליך דלקתי בדרכי הנשימה התחתונות ועשוי להוות מדד לפעילות המחלה ושמש לניטורה.

מחלות וסקולריות (בכלי הדם)

קיימות גם מחלות וסקולריות כמו יתר לחץ דם ריאתי למשל, המאופיינות דווקא בירידה של רמת ה-eNO. מחלה זו מלווה בהיצרות של כלי הדם הריאתיים הגורמים לעליה בלחץ הדם המלווה בקוצר נשימה. אצל חולים במחלה זו נמדדת כאמור ירידה ברמת החנקן החמצני בנשיפה בהשוואה לאנשים בריאים. הירידה בייצור החנקן החמצני האנדוגני בכלי דם ריאתיים אצל חולים ביתר לחץ דם ריאתי עשויה לתרום להיצרות כלי דם אלה ולהתרבות תאי שריר חלק המקיפים אותם.

שיטות מדידה

השיטה הנפוצה ביותר למדידת חנקן חמצני בנשיפה היא באמצעות תגובה כימית הפולטת אור (chemiluminescence). מולקולות ה NO בנשיפה מגיבות עם אוזון (O₃) ותגובה זו מייצרת מולקולות פחמן דו-חמצני במצב מעורר. כאשר האלמנטים חוזרים למצב הייסוד שלהם, מתרחשת פליטה של אור בכמויות הפרופורציונליות לכמות ה NO בנשיפה. הנבדק יכול לנשוף ישירות לתוך מכשיר מדידה (טכניקת "און-ליין"), או למאגר שלאחר מכן יתחבר למנתח (טכניקת "אוף-ליין"). עם הטכניקה הראשונה שתוארה, ניתן לנתח את ה eNO מדגימת נשימה לפני ואחרי התגובה בנפרד. הבדיקה דורשת קואורדינציה בסיסית מן הנבדק, וניתן לבדוק בהצלחה אף ילדים שגילם עולה על 4 שנים.
חברת Aerocrine השוודית, אשר מוכרת ציוד ביו- רפואי, פיתחה מכשיר שנקרא: NIOX Mino. המכשיר מודד רמות NO בתיאום גבוה מאוד עם ערכי chemiluminescence. עם זאת, בפטנט אין תיאור פרטים בנוגע לעקרונות ההפעלה העומדים מאחורי המכשיר ואין כל ראיה לכך שהאות שנוצר במכשיר הוא עקב חמצן חנקני.

טווח ערכים

הרמה הנורמלית העליונה של eNO במחקרים שונים נעה בין 20-30 חלקיקים למיליארד. עם זאת, מספר תכונות עיקריות משפיעות על ערכי הייחוס. לגברים יש ערכי eNO גבוהים יותר מאשר אצל נשים. כמו כן, עישון מקטין את ערכי eNO, ואפילו מצב של עישון לשעבר יכול להשפיע על תוצאות הכמות. בנוסף, הרמות גבוהות יותר אצל אנשים עם דרמטיטיס (נטייה לאלרגיות). אחוז ה-eNO הוא גם תלוי זרימה (גבוהה יותר בספיקות נמוכות יותר ולהפך), ולכן מדידות בדרך כלל נלקחות לפי 50 מ"ל /שנייה. גיל או גובה יכול במידה ניכרת להשפיע על כמות eNO בילדים. סדר הגודל של ההשפעות הללו וחשיבותן הוא כ 10% מהערכים הנמדדים.

משמעות המדידה של חנקן חמצני בנשיפה

מולקולות ה-NO מהוות סמן חשוב של מחלות בדרכי הנשימה ומחלות ריאות, אך עם זאת יש להן תפקיד פיזיולוגי ופטו-פיזיולוגי חשוב. לאחוז גבוה של NO המיוצר בסינוסים עשויה להיות השפעה סטרילית על הסינוסים ועל מעברי האוויר העליונים, מכיוון שגז ה-NO רעיל עבור בקטריות, טפילים ווירוסים. NO שמיוצר במעברי האוויר התחתונים עשוי גם הוא לספק הגנה מפני פולשים זעירים והעובדה ש iNOS מסוגל להתבטא במהירות בתאי אפיטל נשימתיים מספקת מכניזם מוגבר ומהיר של הגנה לא-ספציפית על מעברי הנשימה. בנוסף, NO במעברי הנשימה משפיע גם על הסירקולציה הברונכיאלית (הקשורה לסימפונות) והפולמונרית (הקשורה לריאות). NO מעודד, כאמור, הרחבה של כלי דם ולכן ייצור מוגבר שלו במעברים אסתמטיים הוא יסוד הבסיס לזרימה המוגברת הנצפית באזורים של מעברי אוויר אצל חולי אסתמה.
אף על פי שחנקן חמצני אנדוגני מהווה נוירוטרנסמיטר מרכזי בתהליך הרחבת הסימפונות אצל בני אדם, ריכוז גבוה של NO בשאיפה יש רק השפעה מועטת על הסימפונות, והוא אינו מרחיב אותם במידה משמעותית.