Rápido y preciso exhalado Amoníaco Medición

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

El amoníaco es un subproducto ubicua de metabolismo de las proteínas ^1. Medición de amoniaco, por lo tanto puede ayudar a los médicos a evaluar diversas enfermedades y estados de bienestar ^2. Sin embargo, el amoniaco es difícil de medir con precisión, a través de la sangre o el aliento, debido a que es muy reactivo. Aunque se usa comúnmente, ensayos en sangre tienen numerosos inconvenientes, incluyendo preocupaciones básicas acerca de la precisión ^3. Pero el principal problema con los ensayos de sangre es la realidad de que sólo alguna vez recogidos episódicamente. Esto es importante porque la fisiología de amoníaco, al igual que la glucosa en sangre y muchos otros procesos metabólicos, son fluidos y siempre cambiante ^4. Por el contrario, los ensayos de respiración son totalmente no invasiva y rápida, lo que permite fácilmente medidas repetidas. Por lo tanto, la medición de amoniaco respiración es atractivo porque puede abordar una necesidad no cubierta de una manera única.

Colección aliento, sin embargo, presenta problemas únicos. Mientras que la flebotomía lleva inherente la JeoPardy de error en varias maneras impredecibles (por ejemplo, tiempo de torniquete, la contaminación sudor, hemólisis de glóbulos, retardo en la medición de laboratorio, etc ^5), los investigadores de medición de la respiración debe enfrentarse a un grupo diferente de nuevos desafíos: la variabilidad en la respiración, con la contaminación de mucosa oral o amoníaco bacteriana, la influencia de la humedad del aire y el aparato y temperatura ambiente, etc ^6. De hecho, no es prudente subestimar la tarea en la conexión de equipo experimental para los seres humanos utilizando procedimientos experimentales para descubrir la biología desconocido. En parte debido a estos obstáculos, respirar amoníaco aún no ha alcanzado su potencial.

Aquí, presentamos nuestro protocolo de medición de amoniaco aliento para obtener resultados rápidos y precisos. Nuestro protocolo tiene fuerza en tres áreas: el monitor, el sampler de la interfaz, y la atención a las influencias humanas. El monitor fue construido por colegas en la Universidad de Rice a lo descrito previamente ^7. La base de la MEAsurement es un cuarzo mejorada espectroscopia fotoacústica técnica (QEPAS) que emplea un tenedor de sintonía piezoeléctrico de cuarzo como un transductor acústico. Fotoacústica efecto se produce cuando las ondas acústicas son producidos por la absorción de la radiación láser modulado por especies de gases traza objetivo. El gas de traza se detectó utilizando una célula acústica que es acústicamente resonante a la frecuencia modulada. Longitud de onda de la absorción del amoníaco fue seleccionado que esté libre de interferencia espectral interfieran especies en el aliento. Para los propósitos de la medición aliento exhalado humana, las principales características de la pantalla incluyen una amplia gama de medición (de ~ 50 partes por mil millones, ppb a 5000 ppb al menos) y la velocidad (1 mediciones sec). La velocidad del monitor permite la resolución de tiempo durante todo el ciclo de respiración.

El monitor está acoplado a un muestreador de aire especialmente diseñado. La toma de muestras consiste en un sensor de presión y capnógrafo. Muestra y archivos en tiempo realmediciones de presión en la boca y dióxido de carbono, así como las concentraciones de amoníaco determinado por el sensor. Esta toma de muestras, por lo tanto, permite al técnico para evaluar la calidad del esfuerzo de respiración cuando se recoge la respiración. Esto nos permite exceder las recomendaciones para el análisis de aliento de óxido nítrico (FE _NO), propuesto por el grupo operativo de la American Thoracic Society / European Respiratory Society (ATS / ERS) ^8. Para todos muestras del aliento, se utilizó una válvula de una vía disponible en línea en el puerto de la boca de la toma de muestras aliento.

Debido a la velocidad del monitor y los controles de calidad proporcionada por el sampler, hemos sido capaces de evaluar cuidadosamente las influencias humanas ^9. La mayoría de los temas, por ejemplo, en un principio hiperventilar cuando se le indique para respirar. Otras influencias importantes, tales como el pH oral y enjuagues bucales, las temperaturas de la toma de muestras, el monitor y todos los tubos asociados, y el modo de respirar, se estudiaron a continuación, y son la base for los experimentos ilustrativos siguientes.

Por último, y quizás lo más importante, hay que destacar que varios grupos altamente experimentados están midiendo el aliento amoníaco utilizando completamente diferentes sensores de medición y procedimientos. Estos pueden tener ventajas y validez importantes. Una comparación completa está más allá del alcance de la presente ^10,11,12 trabajo.

Protocol

1. Preparación de Instrumentos Encienda la fuente de alimentación externa a la plataforma de sensor óptico amoníaco, controlador de láser de diodo, una unidad electrónica de control a la medida (CEU), el muestreador de aire, bomba de aire, y un ordenador portátil. Compruebe que tanto el tubo de escape y ventiladores de refrigeración del sensor de amoniaco están operando. NOTA: Se encuentra situada en la parte posterior del sensor, el segundo se encuentra dentro del sensor, que es fácilment…

Representative Results

Los sujetos se pueden esperar para producir una amplia gama de niveles de amoniaco de respiración de línea de base. Las personas sanas pueden comenzar el día con una medición de amoniaco aliento de 100-1.000 ppb. Enjuagar la boca con el líquido cambia de inmediato la cantidad de aire amoníaco detectable. Fluidos neutros y ácidos típicamente cortan la cantidad de amoníaco observable por más de la mitad. Estos niveles luego regresan a la línea de base como los efectos de la enjuague desaparece. Los efectos del …

Discussion

Los beneficios de un procedimiento no invasivo capaz de detectar metabolitos traza en tiempo real son obvias. Sin embargo, el campo de la investigación aliento ha tenido problemas para cumplir con este potencial. La medición de la respiración es un proceso dinámico vulnerable a muchos factores de confusión. Nuestro enfoque tiene ventajas importantes: en concreto, la sensibilidad y la velocidad del monitor amoniaco basado Arroz QEPAS junto al muestreador aliento nos han permitido evaluar e identificar los factores d…

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