Schnelle und genaue Messung der ausgeatmeten Luft Ammoniak

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

Ammoniak ist ein Nebenprodukt der allgegenwärtigen Eiweißstoffwechsel ^ein. Ammoniak-Messung kann somit dazu beitragen, Ärzte beurteilen verschiedene Krankheitszustände und Wellness ^2. Allerdings ist Ammoniak schwierig, genau zu messen, über Blut-oder Atem, denn es ist sehr reaktiv. Obwohl häufig verwendet werden, haben Bluttests zahlreiche Nachteile, einschließlich der grundlegenden Bedenken hinsichtlich Genauigkeit ^3. Aber das große Problem mit Blut-Tests ist die Realität, dass sie immer nur episodisch gesammelt. Dies ist wichtig, da Ammoniak Physiologie, ähnlich wie Blutzucker und viele andere Stoffwechselprozesse, sind fließend und ständig wechselnden ^4. Im Gegensatz dazu sind Atem-Tests vollständig nicht-invasive und schnell, so dass dadurch leicht wiederholten Maßnahmen. So ist Atem Ammoniak Mess attraktiv, weil es eine ernste ungedeckten Bedarf in einer einzigartigen Weise zu adressieren.

Atem-Sammlung stellt jedoch einzigartig Bedenken. Während Aderlass von Natur trägt die jeobei der Atmung mit der Mundschleimhaut Variabilität, Verschmutzung: Pardy Fehler in mehreren unvorhersehbare Weise (zB Tourniquet Zeit, Schweiß Verschmutzung, Blutzell Hämolyse, Verzögerung bei der Labormessung, usw. ^5), Atem-Messung müssen die Forscher mit einer anderen Gruppe von neuen Herausforderungen zu kämpfen oder bakterielle Ammoniak, Einfluss der Umgebungsluft und Gerät Feuchtigkeit und Temperatur, usw. ^6. In der Tat ist es nicht ratsam, die Aufgabe in Verbindung experimentelle Ausstattung für Menschen mit experimentellen Verfahren zu entdecken, unbekannte Biologie unterschätzen. In Teil wegen dieser Hindernisse hat Atem Ammoniak noch nicht erfüllt sein Potenzial.

Hier präsentieren wir unseren Atem Ammoniak Messprotokoll für die schnelle und genaue Ergebnisse. Unser Protokoll hat Kraft in drei Bereichen: der Monitor, die Schnittstelle Sampler, und die Aufmerksamkeit auf die menschliche Einflüsse. Der Monitor wurde von den Kollegen an der Rice University, wie zuvor beschrieben ⁷ gebaut. Die Basis der MEAsung ein Quarz verbesserte photoakustische Spektroskopie (QEPAS) Technik, die eine piezoelektrische Quarz Stimmgabel nach einem akustischen Wandler verwendet. Photoakustische Effekt tritt auf, wenn Schallwellen werden durch die Absorption der Laserstrahlung moduliert wird, indem Zielspurengase erzeugt. Das Spurengas unter Verwendung eines akustischen Zelle, die akustisch an die Resonanzfrequenz moduliert wird detektiert. Eine Absorptionswellenlänge für Ammoniak wurde ausgewählt, die frei von spektralen Interferenzen von störenden Arten in Atem. Für die Zwecke der menschlichen Ausatemluft Messung, die wichtigsten Merkmale der Monitor umfassen eine große Messbereich (von ~ 50 Teilen pro Milliarde, ppb bis mindestens 5000 ppb) und Geschwindigkeit (1 sec. Messungen). Die Geschwindigkeit des Monitors ermöglicht Zeitauflösung in der gesamten Atemzyklus.

Der Monitor ist mit einem speziell entwickelten Atem-Sampler gekoppelt. Der Probennehmer besteht aus einem Drucksensor und capnograph. Es zeigt und archiviert EchtzeitMessungen der Munddruck und Kohlendioxid sowie die Ammoniakkonzentration durch den Sensor bestimmt wird. Dieses Tool daher ermöglicht dem Techniker, die Qualität der Atemaufwand zu bewerten, da der Atem gesammelt. Dies ermöglicht uns, die Empfehlungen für die Analyse von Atem Stickstoffmonoxid _(NO Fe) von Task Force der American Thoracic Society / European Respiratory Society (ATS / ERS) ⁸ vorgeschlagen überschreiten. Für alle Atemproben wurde ein Einweg-Einweg-In-Line-Ventil an der Mund-Port des Atem-Sampler verwendet.

Aufgrund der Geschwindigkeit des durch den Abtaster vorgesehen Monitor und die Qualitätskontrollen, waren wir in der Lage, genau zu beurteilen menschliche Einflüsse ^9. Die meisten Themen, zum Beispiel, zunächst hyperventilieren, wenn angewiesen, um zu atmen. Andere wichtige Einflüsse, wie oralen pH und Mundspülungen, Temperaturen des Samplers, zu überwachen und alle zugehörigen Schläuche, und die Art der Atmung, wurden dann untersucht, und die Basis for die beispielhaften Experimente unten.

Schließlich, und vielleicht am wichtigsten ist, muß betont werden, daß mehrere Gruppen erfahrenen Mess Atem Ammoniak mit ganz anderen Sensoren und Messverfahren. Diese können wichtige Vorteile und Gültigkeit. Eine vollständige Vergleich würde den Rahmen der vorliegenden Arbeit ^10,11,12.

Protocol

1. Vorbereitung der Instrumente Schalten Sie die externe Stromversorgung des Ammoniak optische Sensorplattform, Laser-Diode-Controller, einem speziell angefertigten Steuerelektronik (CEU), der Atem Sampler, Luftpumpe, und Laptop. Überprüfen Sie, dass sowohl die Abgas-und Kühlventilatoren der Ammoniaksensor in Betrieb sind. Hinweis: eine in der Rückseite des Sensors befindet, wird die zweite innerhalb des Sensors, die leicht zugänglich ist, gefunden. Sicherstellen, dass die akustischen…

Representative Results

Themen zu erwarten, dass eine Vielzahl von Basis Atem Ammoniak-Werte zu erzeugen. Gesunde Personen können den Tag mit einem Hauch von Ammoniak Messung 100-1000 ppb beginnen. Spülen Sie den Mund mit jeder Flüssigkeit sofort ändert sich die Menge an nachweisbarem Atem Ammoniak. Neutrale und saure Flüssigkeiten in der Regel um mehr als die Hälfte reduziert die Menge der beobachtbaren Ammoniak. Diese Niveaus dann zum Ausgangswert zurück, wie die Auswirkungen der Spülung nachlässt. Die Auswirkungen von Wasser schein…

Discussion

Die Vorteile einer nicht-invasives Verfahren zum Aufspüren von Spuren Metaboliten in Echtzeit auf der Hand. Doch der Bereich der Atem Forschung hat gekämpft, um dieses Potenzial zu erfüllen. Atem-Messung ist ein dynamischer Prozess anfällig für viele Störfaktoren. Unser Ansatz hat wichtige Stärken: nämlich die Empfindlichkeit und Geschwindigkeit der Reis QEPAS basierend Ammoniak-Monitor auf den Atem-Sampler gekoppelt haben uns ermöglicht, zu bewerten und zu identifizieren Atem Sammlung relevante Faktoren, um ei…

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