Veloce e preciso espirata Ammoniaca misura

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'ammoniaca è un sottoprodotto ubiquitario della proteina metabolismo ^1. Misurazione ammoniaca può quindi aiutare i medici a valutare varie malattie e stati di benessere ^2. Tuttavia, l'ammoniaca è difficile misurare con precisione, attraverso il sangue o soffio, perché è molto reattiva. Anche se comunemente usato, analisi del sangue hanno numerosi inconvenienti, tra cui preoccupazioni fondamentali circa la precisione ^3. Ma il problema principale con analisi del sangue è la realtà che sempre e solo episodicamente raccolti. Questo è importante perché ammoniaca fisiologia, molto simile glicemia e molti altri processi metabolici, sono fluide e in continuo cambiamento ^4. Al contrario, le analisi del respiro sono completamente non invasivo e rapido, quindi facilmente consentendo misure ripetute. Pertanto, la misurazione ammoniaca respiro è interessante perché può rivolgere un serio bisogno insoddisfatto in un modo unico.

Raccolta Breath, tuttavia, presenta problemi particolari. Considerando che il salasso porta intrinsecamente il JEOPardy di errori in diversi modi imprevedibili (ad esempio, il tempo laccio emostatico, la contaminazione sudore, emolisi dei globuli, ritardo nella misura di laboratorio, ecc ^5), i ricercatori di misurazione respiro deve vedersela con un gruppo diverso di nuove sfide: la variabilità nella respirazione, la contaminazione con mucosa orale o ammoniaca batterica, influenza dell'aria ambiente ed apparecchi umidità e temperatura, ecc ^6. Infatti, non è saggio sottovalutare il compito di collegare dispositivi sperimentali per gli esseri umani utilizzando procedure sperimentali per scoprire sconosciuti biologia. In parte a causa di questi ostacoli, il respiro di ammoniaca non ha ancora raggiunto il suo potenziale.

Qui, vi presentiamo il nostro protocollo di misura ammoniaca respiro per risultati veloci e accurati. Il nostro protocollo ha la forza in tre aree: il monitor, il campionatore interfaccia, e l'attenzione alle influenze umane. Il monitor è stato costruito dai colleghi della Rice University come descritto in precedenza ^7. La base del MEAsurement è una spettroscopia fotoacustica rafforzata quarzo (QEPAS) tecnica che impiega un diapason quarzo piezoelettrico come un trasduttore acustico. Effetto fotoacustico si verifica quando le onde acustiche sono prodotte dall'assorbimento di radiazione laser modulata da gas in tracce bersaglio. Il gas di traccia viene rilevato utilizzando una cella acustico che è acusticamente risonante alla frequenza modulata. Lunghezza d'onda di assorbimento per l'ammoniaca è stata selezionata che è libero da interferenze spettrali da interferire specie respiro. Ai fini della misurazione respiro esalato umano, le principali caratteristiche del monitor comprendono una vasta gamma di misura (da circa 50 parti per miliardo, ppb di almeno 5.000 ppb) e velocità (1 misurazioni sec). La velocità del monitor ha la risoluzione temporale durante il ciclo respiratorio.

Il monitor è accoppiato ad un campionatore respiro appositamente progettato. Il campionatore è costituito da un sensore di pressione e capnografo. Esso mostra e archivia in tempo realemisure di pressione bocca e anidride carbonica, nonché le concentrazioni di ammoniaca determinata dal sensore. Questo campionatore, dunque, consente al tecnico di valutare la qualità dello sforzo respiro come il respiro è raccolto. Questo ci permette di superare le raccomandazioni per analizzare il respiro di ossido nitrico _(NO Fe) proposto dalla Task Force della American Thoracic Society / European Respiratory Society (ATS / ERS) ^8. Per tutti campionamento di aria espirata, una valvola unidirezionale monouso in linea è stato usato sulla porta bocca del campionatore respiro.

A causa della velocità del monitor e dei controlli di qualità fornito dal campionatore, siamo stati in grado di valutare con attenzione le influenze umane ^9. La maggior parte dei soggetti, per esempio, inizialmente iperventilazione quando richiesto per respirare. Altre influenze importanti, come il pH orale e collutori, temperature del campionatore, monitor e tutti i tubi associati, e le modalità di respirazione, sono stati poi studiati, e sono la base for gli esperimenti riportati qui di seguito.

Infine, e forse più significativamente, si deve sottolineare che più gruppi di grande esperienza stanno misurando respiro ammoniaca utilizzando completamente diversi sensori e procedure di misurazione. Queste possono avere importanti vantaggi e validità. Un confronto completo è oltre la portata del presente ^10,11,12 lavoro.

Protocol

1. Preparazione degli strumenti Accendere l'alimentatore esterno per l'ammoniaca piattaforma sensore ottico, un controller per diodo laser, una unità elettronica di controllo personalizzato costruito (CEU), il campionatore respiro, pompa di aria, e computer portatile. Verificare che sia lo scarico e ventole di raffreddamento del sensore di ammoniaca sono in funzione. NOTA: Uno si trova nella parte posteriore del sensore, il secondo si trova all'interno del sensore, che è facilmente acc…

Representative Results

I soggetti possono essere tenuti a produrre una vasta gamma di livelli basali di ammoniaca respiro. Individui sani possono iniziare la giornata con una misura di ammoniaca soffio di 100-1.000 ppb. Sciacquare la bocca con il liquido cambia immediatamente l'importo delle rilevabile respiro ammoniaca. Liquidi neutri e acidi in genere tagliare la quantità di ammoniaca osservabile di oltre la metà. Questi livelli poi ritornano ai valori basali come gli effetti del risciacquo svanisce. Gli effetti di acqua sembrano diss…

Discussion

I vantaggi di una procedura non invasiva in grado di rilevare metaboliti traccia in tempo reale sono evidenti. Tuttavia, il campo della ricerca fiato ha lottato per adempiere a tale potenziale. Misurazione Breath è un processo dinamico vulnerabile a molti fattori confondenti. Il nostro approccio ha importanti punti di forza: in particolare, la sensibilità e la velocità del monitor ammoniaca basato Rice QEPAS accoppiato al campionatore respiro ci hanno permesso di valutare ed identificare respiro fattori raccolta germ…

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