بسرعة ودقة مزفور التنفس قياس الأمونيا
Summary
Ammonia is an important physiologic metabolite relevant to various disease and wellness states. It is also a difficult molecule to measure in breath, which demands particular precautions be taken to obtain accurate results. Not all factors influencing ammonia are known, but progress can be difficult without accounting for these factors.
Abstract
This exhaled breath ammonia method uses a fast and highly sensitive spectroscopic method known as quartz enhanced photoacoustic spectroscopy (QEPAS) that uses a quantum cascade based laser. The monitor is coupled to a sampler that measures mouth pressure and carbon dioxide. The system is temperature controlled and specifically designed to address the reactivity of this compound. The sampler provides immediate feedback to the subject and the technician on the quality of the breath effort. Together with the quick response time of the monitor, this system is capable of accurately measuring exhaled breath ammonia representative of deep lung systemic levels.
Because the system is easy to use and produces real time results, it has enabled experiments to identify factors that influence measurements. For example, mouth rinse and oral pH reproducibly and significantly affect results and therefore must be controlled. Temperature and mode of breathing are other examples. As our understanding of these factors evolves, error is reduced, and clinical studies become more meaningful. This system is very reliable and individual measurements are inexpensive.
The sampler is relatively inexpensive and quite portable, but the monitor is neither. This limits options for some clinical studies and provides rational for future innovations.
Introduction
الأمونيا هو نتيجة ثانوية في كل مكان من البروتين الأيض 1. وبالتالي يمكن قياس الأمونيا تساعد الأطباء تقييم مختلف الأمراض والدول العافية 2. ومع ذلك، والأمونيا من الصعب قياس بدقة، عن طريق الدم أو التنفس، لأنه هو رد الفعل للغاية. على الرغم استخداما، فحوصات الدم لديهم العديد من العوائق، بما في ذلك المخاوف الأساسية حول دقة 3. ولكن المشكلة الكبرى مع فحوصات الدم هو واقع أنهم أي وقت مضى فقط جمعها عرضية. هذا أمر مهم لأن الأمونيا علم وظائف الأعضاء، مثل الكثير من السكر في الدم والعديد من العمليات الأيضية الأخرى، هي السوائل والمتغيرة باستمرار 4. في المقابل، المقايسات التنفس بشكل كامل غير الغازية وسريعة، وبالتالي بسهولة تمكين التدابير المتكررة. وبالتالي، قياس التنفس الأمونيا وجذابة لأنها قد معالجة الاحتياجات غير الملباة خطيرة بطريقة فريدة من نوعها.
جمع التنفس، ومع ذلك، يقدم مخاوف فريدة من نوعها. بينما الفصد يحمل بطبيعته وجيوpardy من الخطأ في عدة طرق يمكن التنبؤ بها (على سبيل المثال، الوقت عاصبة، وتلوث العرق، وانحلال الدم خلايا الدم، والتأخر في قياس مختبر، الخ 5)، يجب على الباحثين قياس التنفس يتعامل مع مجموعة مختلفة من التحديات رواية: التباين في التنفس، وتلوث مع المخاطية الفموية أو الأمونيا البكتيرية، وتأثير الرطوبة الجوية المحيطة والأجهزة ودرجة الحرارة، الخ 6. في الواقع، فإنه ليس من الحكمة أن نقلل من المهمة في ربط المعدات التجريبية على البشر باستخدام الإجراءات التجريبية لاكتشاف الأحياء غير معروف. ويرجع ذلك جزئيا لهذه العقبات، لم تجتمع حتى الآن التنفس الأمونيا إمكاناتها.
هنا، فإننا نقدم لدينا بروتوكول التنفس قياس الأمونيا لنتائج سريعة ودقيقة. بروتوكول لدينا لديها قوة في ثلاثة مجالات هي: الشاشة، واجهة العينات، والانتباه إلى التأثيرات البشرية. بنيت رصد من قبل الزملاء في جامعة رايس كما هو موضح سابقا 7. أساس شركة طيران الشرق الأوسطsurement هو الكوارتز تعزيز الضوئي الطيفي (QEPAS) التقنية التي توظف كهرضغطية الكوارتز الشوكة الرنانة باعتبارها محول الصوتية. يحدث تأثير الضوئي عندما يتم إنتاج الموجات الصوتية عن طريق امتصاص أشعة الليزر عن طريق التضمين الأنواع الغاز تتبع الهدف. يتم الكشف عن الغاز التتبع باستخدام خلية الصوتية التي هي الرنانة سمعيا إلى تردد التضمين. تم اختيار الطول الموجي امتصاص الأمونيا التي هي خالية من التدخلات الطيفية من التدخل الأنواع في التنفس. لأغراض قياس زفير الإنسان، والملامح الرئيسية لرصد وتشمل مجموعة واسعة القياس (من ~ 50 أجزاء لكل مليار، جزء من البليون إلى 5،000 على الأقل جزء في البليون) والسرعة (1 قياسات ثانية). سرعة رصد تمكن وقت القرار خلال دورة التنفس.
ويقترن الشاشة لعينات التنفس المصممة خصيصا. يتكون العينات من جهاز استشعار الضغط وcapnograph. فإنه يعرض والمحفوظات في الوقت الحقيقيقياسات ضغط الفم وثاني أكسيد الكربون وكذلك تركيزات الأمونيا التي يحددها الاستشعار. هذه العينات، وبالتالي، يمكن فني لتقييم نوعية الجهد التنفس كما يتم جمع التنفس. وهذا يتيح لنا أن تتجاوز توصيات لتحليل التنفس أكسيد النيتريك (NO الحديد) الذي اقترحته فرقة العمل التابعة للجمعية أمراض الصدر / التنفسية جمعية الأوروبية الأمريكية (ATS / ERS) 8. لجميع العينات التنفس، وكان يستخدم في اتجاه واحد صمام القابل للتصرف في الخط على منفذ الفم من العينات التنفس.
بسبب سرعة رصد ومراقبة الجودة التي تقدمها العينات، وكنا قادرين على تقييم دقيق التأثيرات البشرية 9. معظم المواد، على سبيل المثال، hyperventilate البداية عندما أوعز للتنفس. التأثيرات الهامة الأخرى، مثل درجة الحموضة عن طريق الفم والفم يشطف، ودرجات الحرارة من العينات ورصد وجميع الأنابيب المرتبطة بها، وطريقة التنفس، وبعد ذلك درس، وهما أساس FOص التجارب التوضيحية أدناه.
أخيرا، وربما الأهم من ذلك، لا بد من التأكيد على أن عدة مجموعات من ذوي الخبرة العالية وقياس التنفس باستخدام أجهزة استشعار الأمونيا مختلفة تماما وإجراءات القياس. قد يكون لهذه المزايا الهامة وصحتها. مقارنة كاملة هو أبعد من نطاق 10،11،12 العمل الحالي.
Protocol
Representative Results
Discussion
فوائد إجراء غير الغازية قادرة على الكشف عن مستقلبات تتبع في الوقت الحقيقي واضحة. ومع ذلك، فقد كافح مجال البحوث التنفس لتحقيق هذه الإمكانية. قياس التنفس هي عملية ديناميكية عرضة للكثير من العوامل المربكة. نهجنا لديه نقاط قوة هامة: على وجه التحديد، مكنتنا حساسية وسرعة ر…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يعترف الكتاب بدعم مالي من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) منح EEC-0540832 بعنوان "تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء منتصف للصحة والبيئة (MIRTHE)"
Materials
| Rice Ammonia Monitor System | N/A | N/A | Not available for commercial purchase |
| Loccioni Breath Sampler | Loccioni Humancare | N/A | Single breath version |
| Disposable Mouth Piece | WestPrime Healthcare | G011-200 | Manufacturer is AlcoQuant |
| Laptop | Lenovo | N/A | Old model no longer sold by manufacturer |
| Acid Rinse | N/A | N/A | Household acidic drink (coffee, soft drink, citrus juices, etc) |
| Base Rinse | N/A | N/A | Water mixed with a nonexact amount of sodium bicarbonate (Arm & Hammer Baking Soda) |
| Neutral Rinse | N/A | N/A | Water |
Referenzen
- Adeva, M. M., Souto, G., Blanco, N., Donapetry, C. Ammonium metabolism in humans. Metabolism: clinical and experimental. 61 (11), 1495-1511 (2012).
- Auron, A., Brophy, P. D. Hyperammonemia in review: pathophysiology, diagnosis, and treatment. Pediatric nephrology. 27 (2), 207-222 (2012).
- Blanco Vela, C. I., Bosques Padilla, F. J. Determination of ammonia concentrations in cirrhosis patients-still confusing after all these years. Annals of hepatology. 10 Suppl 2, (2011).
- Mpabanzi, L., Ol de Damink, S. W. M., van de Poll, M. C. G., Soeters, P. B., Jalan, R., Dejong, C. H. C. To pee or not to pee: ammonia hypothesis of hepatic encephalopathy revisited. European journal of gastroenterology & hepatology. 23 (6), 449-454 (2011).
- Goggs, R., Serrano, S., Szladovits, B., Keir, I., Ong, R., Hughes, D. Clinical investigation of a point-of-care blood ammonia analyzer. Veterinary clinical pathology / American Society for Veterinary Clinical Pathology. 37 (2), 198-206 (2008).
- Huizenga, J. R., Tangerman, A., Gips, C. H. Determination of ammonia in biological fluids. Annals of clinical biochemistry. 31 (Pt 6), 529-543 (1994).
- Lewicki, R., et al. Real time ammonia detection in exhaled human breath with a quantum cascade laser based sensor. 2009 Conference on Lasers and ElectroOptics and 2009 Conference on Quantum electronics and Laser Science Conference. 1, (2009).
- . American Thoracic Society. European Respiratory Society. Recommendations for Standardized Procedures for the Online and Offline Measurement of Exhaled Lower Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide. American journal of respiratory and critical care medicine. 171 (8), 912-930 (2005).
- Solga, S. F., et al. Factors influencing breath ammonia determination. Journal of breath research. 7 (3), (2013).
- Schmidt, F. M., et al. Ammonia in breath and emitted from skin. Journal of breath research. 7 (1), (2013).
- Spaněl, P., Dryahina, K., Smith, D. A quantitative study of the influence of inhaled compounds on their concentrations in exhaled breath. Journal of breath research. 7 (1), (2013).
- Boots, A. W., van Berkel, J. J. B. N., Dallinga, J. W., Smolinska, A., Wouters, E. F., van Schooten, F. J. The versatile use of exhaled volatile organic compounds in human health and disease. Journal of breath research. 6 (2), (2012).
- Hibbard, T., Killard, A. J. Breath ammonia levels in a normal human population study as determined by photoacoustic laser spectroscopy. Journal of breath research. 5 (3), (2011).
- Wang, T., Pysanenko, A., Dryahina, K., Spaněl, P., Smith, D. Analysis of breath, exhaled via the mouth and nose, and the air in the oral cavity. Journal of breath research. 2 (3), (2008).
- Amann, A., Smith, D. . Volatile Biomarkers. 1st Edition. , (2013).
