Medição Amônia ar exalado Rápido e Preciso

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

A amônia é um subproduto onipresente do metabolismo de proteínas ^1. Medição de amônia, portanto, pode ajudar os médicos a avaliar várias doenças e estados de bem-estar ^2. No entanto, a amônia é difícil medir com precisão, através do sangue ou de respiração, porque é muito reativo. Embora comumente usado, ensaios de sangue têm inúmeras desvantagens, incluindo preocupações básicas sobre precisão ^3. Mas o grande problema com os ensaios de sangue é a realidade que eles só já recolhidas episodicamente. Isto é importante porque a fisiologia de amoníaco, bem como a glicose no sangue e muitos outros processos metabólicos, são fluidos e sempre em mudança ^4. Em contraste, os ensaios de respiração são totalmente não-invasiva e rápida, permitindo assim facilmente medidas repetidas. Assim, a medição de amônia respiração é atraente porque pode dirigir uma necessidade não atendida sério de uma forma única.

Coleta de respiração, no entanto, apresenta preocupações específicas. Considerando flebotomia inerentemente leva o jeopardy de erro de várias maneiras imprevisíveis (por exemplo, tempo de torniquete, a contaminação suor, hemólise de glóbulos, atraso na medição de laboratório, etc ^5), os pesquisadores de medição respiração devem lidar com um grupo diferente de novos desafios: variabilidade em respirar, a contaminação com mucosa bucal ou amoníaco bacteriana, a influência do ar e o aparelho de humidade e temperatura ambiente, etc ^6. Na verdade, não é prudente subestimar a tarefa em conectar equipamentos experimentais para os seres humanos através de procedimentos experimentais para descobrir biologia desconhecida. Em parte devido a esses obstáculos, a respiração de amônia ainda não atingiu o seu potencial.

Aqui, apresentamos o nosso protocolo de medição de amônia respiração por resultados rápidos e precisos. Nosso protocolo tem força em três áreas: o monitor, o amostrador interface, e atenção para as influências humanas. O monitor foi construído por colegas da Universidade Rice, como descrito anteriormente ^7. A base do measurement é um quartzo reforçada espectroscopia fotoacústica (QEPAS), técnica que emprega um piezoelétrico afinação quartzo garfo como um transdutor acústico. Efeito fotoacústico ocorre quando as ondas acústicas são produzidos pela absorção da radiação de laser modulado pelo tipo de gás de rastreio alvo. O gás traço é detectada através de uma célula acústica que é acusticamente ressonante com a freqüência modulada. Comprimento de onda de absorção de amônia foi selecionado que é livre de interferências espectrais de espécies interferentes na respiração. Para efeitos de medição de ar exalado humano, as principais funções do monitor incluem uma ampla faixa de medição (de ~ 50 partes por bilhão, ppb, pelo menos, 5.000 ppb) e velocidade (1 medições seg). A velocidade do monitor permite a resolução de tempo ao longo do ciclo de respiração.

O monitor está ligado a um amostrador respiração especialmente concebidos. O amostrador consiste de um sensor de pressão e capnógrafo. Ele exibe e arquivos em tempo realmedições de pressão na boca e dióxido de carbono, bem como as concentrações de amoníaco determinados pelo sensor. Este amostrador, por conseguinte, permite que o técnico para avaliar a qualidade de o esforço de respiração quando a respiração é recolhido. Isso nos permite ultrapassar as recomendações para analisar respiração óxido nítrico _(NO Fe), proposto pela Força-Tarefa da American Thoracic Society / European Respiratory Society (ATS / ERS) ^8. Para todos amostragem respiração, um one-way válvula descartável in-line foi usado na porta boca do amostrador respiração.

Por causa da velocidade do monitor e os controles de qualidade fornecido pelo sampler, fomos capazes de avaliar cuidadosamente as influências humanas ^9. A maioria dos indivíduos, por exemplo, inicialmente hiperventilar quando instruído a respirar. Outras influências importantes, como o pH oral e enxaguatórios bucais, as temperaturas do sampler, do monitor e toda a tubulação associada, e modo de respiração, foram então estudadas, e são a base for os experimentos ilustrativos abaixo.

Finalmente, e talvez mais importante, deve-se enfatizar que vários grupos altamente experientes estão medindo respiração amônia usando completamente diferentes sensores e procedimentos de medição. Estes podem ter vantagens importantes e validade. A comparação completa está além do escopo do presente trabalho ^10,11,12.

Protocol

1. Preparação de Instrumentos Ligue a fonte de alimentação externa para a amônia plataforma sensor óptico, controlador de laser de diodo, um costume construído unidade eletrônica de controle (CEU), o amostrador ar, bomba de ar, e laptop. Verifique se o escape e ventiladores do sensor de amônia estão operando. NOTA: Um está localizado na parte de trás do sensor, o segundo é encontrado dentro do sensor, que é facilmente acessível. Assegurar o módulo de detecção acústica e …

Representative Results

Assuntos pode ser esperado para produzir uma ampla gama de níveis de amónia respiração basais. Indivíduos saudáveis ​​podem começar o dia com uma medição de amônia de 100-1.000 ppb respiração. Lavar a boca com qualquer fluido imediatamente altera a quantidade de amônia detectável respiração. Fluidos neutros e ácidos normalmente reduzir a quantidade de amônia observáveis ​​por mais da metade. Estes níveis então retornar à linha de base, como os efeitos da lavagem desaparece. Os efeitos da á…

Discussion

Os benefícios de um procedimento não-invasivo capaz de detectar metabólitos traço em tempo real são óbvias. No entanto, o campo da pesquisa respiração tem se esforçado para cumprir esse potencial. Medição da respiração é um processo dinâmico vulneráveis ​​a muitos fatores de confusão. Nossa abordagem tem pontos fortes importantes: especificamente, a sensibilidade ea velocidade do Arroz QEPAS monitor de amônia baseado acoplado ao amostrador fôlego nos permitiram avaliar e identificar os fatores de …

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