Быстрое и точное измерение выдыхаемого воздуха Аммиак

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

Аммиак является повсеместное побочным продуктом белкового обмена ^1. Поэтому измерение Аммиак может помочь врачам оценить различные болезни и оздоровительные государства ^2. Тем не менее, аммиак трудно измерить точно, через кровь или дыхание, потому что это очень реактивными. Хотя обычно используется, анализы крови имеют многочисленные недостатки, в том числе основных опасений по поводу точности ^3. Но главная проблема с анализов крови реальность, что они только когда-либо собирали эпизодически. Это важно, поскольку физиология аммиак, как и глюкозы в крови и многих других метаболических процессов, текучи и постоянно меняющейся ^4. В отличие от этого, дыхание анализы полностью неинвазивным и быстрым, тем самым легко позволяет повторных измерений. Таким образом, измерение аммиака дыхание привлекателен тем, что он может обратиться серьезную неудовлетворенная потребность в уникальном пути.

Коллекция Дыхание, однако, представляет уникальные проблемы. В то время как кровопускание по своей сути несет JeoПарди ошибки в нескольких непредсказуемым образом (например, жгут времени, загрязнения пот, клетки крови гемолиз, задержки в лабораторных измерений и т.д. ^5), исследователи измерения дыхания должны бороться с другой группой новых проблем: изменчивость в дыхании, загрязнения с устным слизистой или бактериальной аммиак, влияние окружающего воздуха и устройство влажности и температуры, и т.д. ^6. В самом деле, было бы неразумно недооценивать задачу в соединении экспериментальное оборудование для людей с использованием экспериментальных процедур, чтобы обнаружить неизвестный биологию. Отчасти из-за этих препятствий, дыхание аммиак еще не встретил свой потенциал.

Здесь мы представляем наш протокол измерения аммиака дыхание для быстрых и точных результатов. Наш протокол имеет силу в трех областях: монитор, интерфейс сэмплер, и внимание к человеческим влияний. Монитор был построен коллегами в Университете Райса, как описано выше ^7. Основой МЭСрения является кварц усиливается фотоакустическая спектроскопии (QEPAS) метод, который использует пьезоэлектрический кварцевый камертон в качестве акустического датчика. Фотоакустическая эффект возникает, когда акустические волны образуются в результате поглощения модулированного лазерного излучения целевых видов следовых газов. След газа определяется с помощью акустического ячейку, которая акустически резонансная модулированному частоты. Длина волны поглощения аммиака был выбран, свободной от спектральных помех от вмешательства видов в дыхании. Для целей измерения выдыхаемого воздуха человека, основные черты монитора включает в себя широкий диапазон измерений (от ~ 50 частей на миллиард, фунтов на баррель, по крайней мере 5000 частей на миллиард) и скорость (1 измерений сек). Скорость монитора позволяет временное разрешение на протяжении всего цикла дыхания.

Монитор, соединенный с специально разработанной дыхания пробоотборника. Пробоотборник состоит из датчика давления и капнографа. Он отображает и архивирует в режиме реального времениИзмерения давления рта и углекислого газа, а также концентраций аммиака, определенных с помощью датчика. Этот сэмплер, следовательно, позволяет технику оценить качество усилий дыхания, как дыхание собирается. Это дает нам возможность превышают рекомендации для анализа дыхания оксида азота _(NO-Фе), предложенный Целевой группы Американского торакального общества / Европейского респираторного общества (ATS / ERS) ^8. Для всех проб дыхания, одноразовые односторонним в линию клапан был использован на рот порту дыхания сэмплер.

Из-за скорости монитора и контроля качества предоставленной сэмплер, мы смогли тщательно оценить воздействия деятельности человека ^9. Большинство предметов, например, изначально гипервентиляции, когда поручил дышать. Другие важные влияния, такие как устного рН и полоскания рта, температура в сэмплер, монитора и всех связанных трубки и режим дыхания, затем были изучены, и являются основой FOг иллюстративные эксперименты ниже.

Наконец, возможно, самое главное, необходимо подчеркнуть, что несколько высококвалифицированные группы измерения дыхания аммиак, используя совершенно разные датчики и процедуры измерения. Это может иметь важные преимущества и справедливость. Полное сравнение выходит за рамки настоящей работы ^10,11,12.

Protocol

1. Подготовка инструментов Включите внешнего источника питания к аммиака оптическим датчиком платформы, лазерный диод контроллер, индивидуальному заказу управляющей электроники блока (КЕС), дыхание сэмплер, пневматический насос, и ноутбук. Убедитесь, что оба выхлопных газо…

Representative Results

Субъекты можно ожидать производить широкий спектр базовых уровнях аммиака дыхания. Здоровые люди могут начать день с дыхания измерения аммиака 100-1000 частей на миллиард. Полоскание рта с любой жидкости немедленно изменяет количество обнаруживаемых дыхания аммиака. Нейтральные и кислы…

Discussion

Преимущества неинвазивного процедуры, позволяющей обнаруживать следовые метаболитов в реальном времени очевидны. Тем не менее, область исследований дыхания изо всех сил, чтобы выполнить этот потенциал. Измерение Дыхание представляет собой динамический процесс уязвимым для многих с?…

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