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 לפייה 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 תפקיד 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 ה-nNOS 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.

השפעת מחלות שונות על חמצן חנקני בנשיפה

אסתמה
במספר מחקרים דווח על רמות מוגברות של eNO אצל חולי אסתמה. העלייה ברמות 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 בדיקת רמת ה-eNO היא מדד טוב יותר לאבחון חולי אסתמה מאשר בדיקה בסיסית של תפקוד הריאות. הספציפיות שלה גבוהה יותר, אם כי הרגישות שלה נמוכה יותר. כלומר, תוצאה חיובית בבדיקת eNO עשויה להיות שימושית לאבחון חיובי של אסתמה, אך תוצאה שלילית אינה שימושית באותה מידה כדי לשלול את 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 את קיומו של תהליך דלקתי בדרכי הנשימה התחתונות ועשוי להוות מדד לפעילות המחלה ולשמש לניטורה.

מחלות וסקולריות (בכלי הדם)
קיימות גם מחלות וסקולריות כגון יתר לחץ דם ריאתי, המאופיינות דווקא בירידה של רמת ה-eNO. מחלה זו מלווה בהיצרות של כלי הדם הריאתיים הגורמים לעלייה 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 היסוד שלהם, מתרחשת פליטת 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, שמוכרת 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 לנשים. 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 אפיתל 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, לריכוז גבוה של NO בשאיפה יש רק השפעה מועטת על הסימפונות, והוא אינו מרחיב אותם במידה משמעותית.

הערות שוליים

ביולוגיה מולקולרית