Rapide et précis expiré Breath ammoniac mesure

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

L'ammoniac est un sous-produit ubiquitaire du métabolisme des protéines ^1. mesure de l'ammoniac peut donc aider les cliniciens à évaluer diverses maladies et états de bien-être ^2. Cependant, l'ammoniac est difficile à mesurer avec précision, par le sang ou d'haleine, car il est très réactif. Bien que couramment utilisé, les tests sanguins présentent de nombreux inconvénients, y compris les préoccupations de base sur la précision ^3. Mais le problème majeur avec les tests sanguins est la réalité que ne jamais ils ont recueilli de façon épisodique. Ceci est important parce que la physiologie de l'ammoniac, un peu comme le glucose dans le sang et de nombreux autres processus métaboliques, sont fluides et en constante évolution ^4. En revanche, les tests d'haleine sont entièrement non-invasive et rapide, ce qui permet facilement de mesures répétées. Ainsi, la mesure de l'ammoniac de souffle est intéressante, car elle peut répondre à un besoin non satisfait grave d'une manière unique.

collection Breath, présente toutefois des préoccupations particulières. Considérant que la saignée porte intrinsèquement le jeopardy d'erreur de plusieurs manières imprévisibles (par exemple, le temps garrot, la contamination de la sueur, l'hémolyse des globules, retard dans la mesure de laboratoire, etc ^5), les chercheurs de mesure du souffle doit composer avec un groupe différent, de nouveaux défis: la variabilité dans la respiration, la contamination par la muqueuse buccale ou de l'ammoniac bactérienne, l'influence de l'air ambiant et un appareil humidité et de température, etc ^6. En effet, il est imprudent de sous-estimer la tâche dans la connexion de matériel expérimental pour les humains en utilisant des procédures expérimentales pour découvrir la biologie inconnu. En partie en raison de ces obstacles, le souffle de l'ammoniac n'a pas encore atteint son potentiel.

Ici, nous vous présentons notre protocole de mesure de l'ammoniac de souffle pour des résultats rapides et précis. Notre protocole a la force dans trois domaines: le moniteur, l'échantillonneur de l'interface, et l'attention sur les influences humaines. Le moniteur a été construit par des collègues de l'Université Rice, comme décrit précédemment ^7. La base de la measurement une amélioration de la spectroscopie photoacoustique de quartz (QEPAS) technique qui emploie un piézoélectrique diapason de quartz comme un transducteur acoustique. Effet photo-acoustique se produit lorsque les ondes acoustiques sont produites par l'absorption du rayonnement laser modulé par des espèces de gaz en traces cibles. Le gaz marqueur est détecté en utilisant une cellule acoustique qui est acoustiquement résonnante à la fréquence modulée. Une longueur d'onde d'absorption de l'ammoniac a été choisi qui est libre d'interférences spectrales d'interférer espèces en haleine. Aux fins de la mesure de l'air expiré humaine, les principales caractéristiques du moniteur comprennent une large gamme de mesure (de ~ 50 parties par milliard, ppb à au moins 5000 ppb) et la vitesse (1 mesures sec). La vitesse de l'écran permet à résolution dans le temps tout au long du cycle de respiration.

Le moniteur est couplé à un échantillonneur de souffle spécialement conçu. L'échantillonneur se compose d'un capteur de pression et capnographe. Il affiche et Archives temps réeldes mesures de pression de la bouche et du dioxyde de carbone, ainsi que les concentrations d'ammoniac déterminées par le capteur. Cet échantillonneur, par conséquent, permet au technicien d'évaluer la qualité de l'effort de souffle que le souffle est recueilli. Cela nous permet de dépasser les recommandations pour l'analyse souffle de l'oxyde nitrique _(NO Fe) proposé par le Groupe de travail de l'American Thoracic Society / European Respiratory Society (ATS / ERS) ^8. Pour tous les échantillons d'haleine, une vanne à une voie disponible en ligne a été utilisé sur l'orifice d'embouchure de l'échantillonneur d'haleine.

En raison de la vitesse de l'écran et les contrôles de qualité fourni par l'échantillonneur, nous avons pu évaluer soigneusement les influences humaines ^9. La plupart des sujets, par exemple, l'hyperventilation initialement sur instructions de respirer. D'autres influences importantes, telles que pH buccal et bains de bouche, les températures de l'échantillonneur, moniteur et tous les tubes associés, et le mode de respiration, ont ensuite été étudiés, et sont à la base for les expériences illustration ci-dessous.

Enfin, et peut-être plus important encore, il faut souligner que plusieurs groupes très expérimentés mesurent souffle ammoniac entièrement à l'aide de différents capteurs et méthodes de mesure. Ceux-ci peuvent avoir des avantages importants et validité. Une comparaison est complète au-delà de la portée de la présente ^10,11,12 de travail.

Protocol

1. Préparation des instruments Allumez l'alimentation externe à la plate-forme de capteur optique de l'ammoniac, contrôleur de diode laser, une unité électronique de commande sur mesure (CEU), l'échantillonneur de souffle, pompe à air, et un ordinateur portable. Vérifier que les deux gaz d'échappement et un ventilateur de refroidissement du capteur d'ammoniac sont en fonctionnement. NOTE: L'une est située à l'arrière de la sonde, le second se trouve à l'i…

Representative Results

Les sujets peuvent être tenus de produire un large éventail de niveaux d'ammoniac à couper le souffle de base. Personnes en bonne santé peuvent commencer la journée avec une mesure de l'ammoniac de souffle de 100-1,000 ppb. Rincer la bouche avec tout fluide change immédiatement le montant de l'ammoniac décelable souffle. Généralement fluides neutres et acides couper la quantité d'ammoniac observable par plus de la moitié. Ces niveaux retournent ensuite à la ligne de base que les effets de l&#…

Discussion

Les avantages d'une procédure non invasive capable de détecter les métabolites de trace en temps réel sont évidents. Cependant, le domaine de la recherche de souffle a du mal à réaliser ce potentiel. mesure de la respiration est un processus dynamique vulnérables à de nombreux facteurs de confusion. Notre approche a des atouts importants: en particulier, la sensibilité et la vitesse du riz QEPAS ammoniac basé sur le moniteur couplé à l'échantillonneur de souffle nous ont permis d'évaluer et 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