Introduction
암모니아는 단백질 대사 하나의 유비쿼터스 부산물이다. 암모니아 측정 따라서 임상의 다양한 질병 및 건강 상태 2을 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나, 암모니아는 매우 민감하기 때문에, 혈액이나 호흡을 통해, 정확하게 측정하기 어렵다. 일반적으로 사용하지만, 혈액 분석의 정확성 3에 대한 기본 문제 등 다양한 단점을 보유하고 있습니다. 그러나 혈액 분석과 주요 문제는 그들이 오직 episodically 수집하는 현실이다. 암모니아 생리학, 많은 혈당 및 다른 많은 신진 대사 과정처럼, 유체 및도 4를 변경하기 때문에 중요하다. 대조적으로, 호흡 분석이 용이하게 반복 측정을 가능하게 완전히 비 침습하고 신속하게. 이 독특한 방식으로 심각한 충족 요구를 충족 할 수 있기 때문에, 호흡 암모니아 측정이 매력입니다.
호흡 컬렉션은, 그러나, 유일한 문제를 선물한다. 정맥 절개는 본질적으로 JEO을 수행하는 반면여러 가지 예측할 수없는 방법으로 오류 pardy (예를 들어, 지혈대 시간, 땀 오염, 혈액 세포 용혈, 실험실 측정에서의 지연 등 5), 호흡 측정 연구팀은 새로운 도전의 다른 그룹과 경쟁해야 변동성을 호흡, 오염을 구강 점막에 또는 세균 암모니아, 대기 및 장치 습도와 온도의 영향 등 6. 사실, 그것은 알 수없는 생물을 발견 실험 절차를 사용하여 인간에게 실험 장비를 연결에서 작업을 과소 평가하는 것은 바람직하지 못하다. 때문에 이러한 장애에 부분적으로, 호흡 암모니아는 아직 그 잠재력을 충족하지 않았습니다.
여기서, 우리는 신속하고 정확한 결과를 숨 암모니아 측정 프로토콜을 제시한다. 모니터 인터페이스 샘플러, 그리고 인간의 영향에주의 : 우리의 프로토콜은 세 가지 영역에서 힘을 가지고 있습니다. 모니터는 앞서 설명한 7로 라이스 대학에서 동료에 의해 지어졌다. MEA의 기초측정 추 석영 향상된 광 음향 분광 음향 변환기로 압전 석영 튜닝 포크를 사용한다 (QEPAS) 기술이다. 음향 파가 목표 추적 가스 종에 의해 변조 된 레이저 방사선의 흡수에 의해 생성 될 때 광 음향 효과를 발생한다. 미량 가스는 변조 주파수에서 음향 공명 탄성 셀을 이용하여 검출된다. 암모니아 흡수 파장은 그 숨 종을 방해 스펙트럼 간섭에서 자유 롭다 선정되었다. 인간 날숨 측정의 목적을 위해, 모니터의 주요 특징은 넓은 측정 범위 (50 억 부 당 ~부터 적어도 5000 PPB에 ppb가)와 속도 (1 초 측정)을 포함한다. 모니터의 속도는 호흡주기 동안 시간 해상도를 가능하게한다.
모니터는 특별히 디자인 된 호흡 샘플러에 연결된다. 샘플러는 압력 센서와 capnograph으로 구성되어 있습니다. 그것은 표시하고 실시간으로 보관입구 압력과 이산화탄소뿐만 아니라 센서에 의해 결정되는 암모니아 농도의 측정. 이 샘플러 그러므로 호흡이 수집 된 호흡 노력의 품질을 평가하기 위해 기술자를 가능하게한다. 이것은 미국 흉부 학회 / 유럽 호흡기 학회 태스크 포스 (ATS / ERS) (8)에 의해 제안 된 호흡 산화 질소 (NO 철)을 분석하기위한 권장 사항을 초과하는 가능하게한다. 모든 호흡 샘플링의 경우, 일회용 단방향 라인 밸브 호흡 샘플러의 입구 포트에 사용 하였다.
때문에 샘플러에 의해 제공된 모니터와 품질 관리의 속도, 우리는 신중 9 인간의 영향을 평가할 수 있었다. 숨을 지시 할 때 대부분의 과목은, 예를 들어, 처음과 호흡. 경구 pH와 입과 같은 다른 중요한 영향은, 샘플러, 모니터와 관련된 모든 배관 및 호흡 모드의 온도는 다음 공부했다 빨고, 그리고 기초는 fo를하다아래 R 설명 실험.
마지막으로, 그리고 아마도 가장 중요한 것은, 그것은 다수의 고도로 숙련 된 그룹이 완전히 다른 센서와 측정 절차를 사용하여 호흡 암모니아를 측정하는 것을 강조해야합니다. 이러한 중요한 장점과 타당성을 가질 수있다. 완전한 비교는 본 연구의 10,11,12의 범위를 벗어납니다.
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Protocol
악기의 1. 준비
- 암모니아 광 센서 플랫폼, 레이저 다이오드 컨트롤러, 사용자 정의 내장 된 제어 전자 장치 (CEU), 호흡 샘플러, 공기 펌프, 및 노트북에 외부 전원 공급 장치의 전원을 켭니다.
- 암모니아 센서의 배기 및 냉각 팬 모두가 작동하고 있는지 확인하십시오. 참고 : 하나는 센서의 후면에 위치하고 있으며, 두 번째는 쉽게 접근 할 수있는 센서 내에서 발견된다.
- 음향 검출 모듈 및 니들 밸브 온도는 암모니아 센서 박스의 측면에 위치한 디지털 표시를 확인하여 38.0 ° C에 있는지 확인. 센서가 안정 온도에 전력을 제공하는 시간에서 약 35 분을 기다립니다.
- 아이콘 이름 호흡 샘플러의 바탕 화면에 발견 "ChangeT"를 클릭하여 55 ° C에 유입 배관 및 마우스 피스 온도를 설정합니다. 온도는 "UPD를 클릭 한 다음 위쪽 또는 아래쪽 화살표를 클릭하여 변경할 수 있습니다"온도를 먹었다. 바탕 화면으로 돌아가려면 "종료"를 클릭합니다. 이 시스템을 좀 안정 온도에서 5 분 이상을 허용합니다. 55 ° C에서 샘플러 및 튜브의 온도를 유지하는 것은 암모니아의 표면 손실을 최소화 할 수 있습니다.
- 암모니아 센서를 제어하는 노트북에 소프트웨어를 엽니 다. 이 프로그램은 바탕 화면에 "NH 3 브레스 센서 프로그램"라는 이름의 폴더에 액세스 할 수 있습니다. 이 폴더 내에서, 사용자는 아이콘 "기본 LabVIEW 소프트웨어"를 선택해야합니다. 이 폴더는 여러 응용 프로그램이 포함되어 있지만 사용자가 원하는 인터페이스에 액세스 할 수 "Mainsequence.vi"를 선택해야합니다. 화면의 왼쪽 상단 모서리에있는 "실행"을 선택합니다. 참고 :이 보정 시퀀스를 잠금 줄을 시작합니다. QEPAS 모니터의 레이저는 자동화 라인 잠금 절차 중에 선택 최적의 전류에서 작동합니다. 이 과정은 약 25 분 소요됩니다.
- 샘플러에 새로운 세션을 생성되도록 개채널 제목의 세션이 연결된 플래시 드라이브에 저장됩니다 자신의 파일이 있습니다. 참고 : 이것은 샘플러의 바탕 화면에있는 프로그램 "호흡 샘플러를"개방에 의해 수행된다. 적절하게 세션을 식별하기위한 공간이있다. 세션을 실행하는 동안 생성 된 모든 데이터는이 식별자에서 플래시 드라이브에 저장됩니다. 실험 날짜는 전형적 파일명의 일부로서 사용된다. 입구와 마우스 피스의 온도는 숨 샘플링 프로그램을 시작하기 전에 조정해야합니다.
- 입구 관에 새로운 일회용 마우스 피스를 삽입합니다. 손가락의 암모니아와 마우스 피스 오염을 막기 위해 일회용 장갑을 착용 할 것.
2. 호흡 샘플 컬렉션
참고 : 관련 기관 검토위원회 (윤리위원회)는 인간을 대상으로 관련된 모든 연구를 승인해야합니다. 크게 숨을 암모니아에 영향을 미칠 수있는 많은 요인이있다. 이러한 요인에 의해 직접 호흡 암모니아 측정을 변경할 수전신 암모니아 수준을 ffecting 또는 계측에 폐에서 호흡 대사의 여행에 영향을 미치는로.
- 주제는 도착 후 약 12 시간 동안 그들이 시험을하기 전에 운동에서 아침을 자제한다는 음식을 섭취하지 데, 공복 상태에서 실험실에 도착 확인합니다.
- 어떤 물질이 이전의 데이터 수집에 적어도 1 시간 동안 입에 도입되지 않은 확인하십시오. 과목 시험 전에 1 시간 이상 자신의 치아가 더 큰 브러시 있는지 확인합니다.
- 암모니아 센서 앞에있는 피사체를 장착. 유입 파이프를 개최하고, 그들이 암모니아 오염을 방지하기 위해 마우스 피스를 만지지 않도록하기 위해 주제를 지시합니다.
- 샘플러 인터페이스에서 "시작"을 클릭합니다. 주제는 그들이 할 수있는 한의 마우스 피스에 숨을 내쉬고, 또는 운전자는 충분한 것으로 샘플을 판단 할 때까지했다. 참고 :이 최소 10 초를 지속 단일 전체 호기입니다. 입 압력을 대리로 실시간으로 측정한다유량. 컬러 코딩 압력계 피사체 생산에 도움이 50 ㎖ / 초의 호기 유량을 나타내는 물 10cm의 원하는 호기 압력을 유지한다. 이 철 NO를 결정하는 프로토콜에 대한 ATS / ERS에 의해 채택 된 이후이 흐름 속도가 선택되었다. 이 호기 유량은 어린이와 성인에 의해 달성 할 수있다. 마찬가지로 세 날숨 재현성은 10 % 미만으로 다르다는 것을 수득한다.
- 호흡 샘플이 완료되면 샘플러 인터페이스에서 "중지"를 클릭합니다.
3. 호흡 샘플 측정
- 호흡 샘플을 분석 한 후에, 모니터 작동 기공사는 그 호흡 프로파일의 모든 세그먼트를 분석하는 기능을 갖는다. 관심의 호흡 부분은 단계 III 세그먼트입니다. 이는 이산화탄소의 농도 "고원"특징 및 BRE의 말기에 중에 발견된다ATH.
- 바로 호흡의 압력 강하하기 전에 때 이산화탄소 고원을 시작하고 중지 할 샘플러 인터페이스의 수직 라인을 드래그하여 샘플의 위상 III 부분을 선택합니다. 설명은 그림 1을 참조하십시오.
- 샘플러 터치 스크린 인터페이스에 "저장"을 클릭하여 플래시 드라이브에 데이터를 저장합니다.
- 호흡 데이터가 저장되고 나면, 사용자는 새로운 호흡 샘플을 시작하려면 "시작"을 선택할 수 있습니다.
4. 호흡 암모니아에 입 린스와 산도의 효과를 설명
- 기준선 암모니아 레벨을 설정하는 3 호흡 샘플. 호흡이 서로 떨어져 적어도 5 분을 가지고 있는지 확인합니다.
- 60 초 동안 물 30 mL를 철저히 입을 씻어.
- 린스 (제 2)의 60 초 이내에 호흡 샘플을 수집합니다. 시간이 지남에 따라 암모니아의 변화를 관찰하기 위해 다음 시간의 과정을 통해 호흡 샘플을 수집합니다. 참고 : 샘PLES 분마다만큼 자주 수행 할 수 있지만, 더 이상 간격은 일반적으로 사용됩니다.
- 60 초 동안 기본 솔루션의 30 ML의 나누어지는 (물에 탄산 수소 나트륨)를 철저하게 입을 헹구고 4.2.1를 반복합니다.
- 60 초 산성 용액의 30 mL를 철저히 입을 헹구고 4.2.1를 반복합니다.
5. 호흡 암모니아에 입구 및 운송 관 온도의 영향을 설명
- 입구 온도를 15 분에 걸쳐 샘플 세 호흡은 몸의 온도는 약 30 ° C 이하로 설정
- 호흡 샘플러의 터치 스크린 인터페이스에 바탕 화면 아이콘을 사용하여 각각 55 ° C에 유입 및 수송 관의 온도를 높입니다. 시스템에서 5 분 이상이 정상 상태에 도달 할 수 있습니다.
- 5 분 간격 가열 입구에 샘플 3 호흡.
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Representative Results
주제는 기준선 호흡 암모니아 수준의 넓은 범위를 생성 할 것으로 예상 할 수있다. 건강한 개인은 100-1,000 PPB의 호흡 암모니아 측정과 함께 하루를 시작할 수 있습니다. 유체로 입안을 헹구는 즉시 감지 호흡 암모니아의 양을 변경합니다. 중성 및 산성 유체는 일반적으로 절반 이상에 의해 관찰 암모니아의 양을 잘랐다. 린스의 효과가 떨어지기로 이러한 수준은 기본으로 돌아갑니다. 물 효과는 산 2 이상의 시간 동안 최소한으로 감지 호흡 암모니아를 유지할 수 있지만, 15 분 이내에 방출하는 것 같습니다. 예컨대, 중탄산 나트륨 등의 염기성 헹굼은 20 분의 기간 동안베이스 라인으로 돌아 가기 전에 검출 호흡 암모니아의 양을 두 배 또는 세 배로 할 것이다. 특히, 과산화수소 이상의 다른 린스보다 날숨 암모니아에 영향을하지 않는 것; 따라서, 구강 박테리아가 호흡 암모니아 측정에 크게 기여하지 않는 것 같습니다.
지적으로스터스 보브, 암모니아 센서에 연결된 샘플러 기술자 호흡 샘플의 품질을 평가하기 위해 사용할 수있는 연속적인 데이터를 제공한다. 입 압력과 이산화탄소는 호흡 샘플의 유효성을 검사하는 데 사용 호기의 두 가지 특징입니다. 입 압력은 샘플러로 폐에서 공기의 흐름에 대리 역할을합니다. 기술자는 피사체가 모니터에 그 대사 산물이 포함되어 폐포 공기의 충분한 흐름을 제공 않았는지 확인해야합니다. 기술자는 물 9-10.5 cm의 정상 입 압력 범위를 기대한다. 호기는 입구 압력의 표준 편차에 자체 명단 10-20 초에 걸쳐 매우 안정해야한다. 품질 호흡의 표준 편차는 물 1 형상 관리하에 있어야한다.
이 호기 공정의 가까운 평가를 가능하게 이산화탄소 측정은 또한 중요하다. 단계 I 동안 호기가 시작되고 호기 가스의 조성은 미리 이루어져지배적 해부학 사강 공기 (~ 21 %의 산소, 0.03 %의 이산화 탄소, 78 % 질소 및 0.5 %의 물) 즉. 이전 호흡주기의 흡입 단계에 빨려 진 공기. 단계 II 동안에, 폐포 가스는 해부학 데드 스페이스에 전달하고 그 결과로 잔여 사강 공기와 이산화탄소의 농도가 증가 급속 믹스. 날숨에서 이산화탄소의 농도는 단계 III 호기 및 (단부 조력 농도) 정맥혈의 이산화탄소의 농도에 해당하는 피크 값 중, 더 느리게이라도 계속 증가. 단계 III 동안 이산화탄소 농도가 조금씩 상승은 데드 스페이스 공기의 나머지 폐포 가스의 혼합에 의한 것입니다과 폐포 낭의 비우기를 느리게 할 예정이다. 단계 III의 끝에 호흡의 조성은 약 13 %의 산소, 5 % 이산화 탄소, 78 % 질소 및 4 % 물이다. BRE의 단계 III 부 중에 이산화탄소 수준ATH은 30-40 mmHg로를 다양합니다. 단계 III는 이러한 CO 2 수준 (그림 1A-D)를 고원 위치에 해당한다.
그림 1. 다양한 조건 숨 데이터의 위상 III 부분을 통합 호흡 샘플을. 1A) 호흡 데이터의 위상 III 부분을 통합 전형적인 호흡 샘플. 녹색과 빨간색 수직 라인은 라인이 분석 될 수있는 범위를 설정 함. 호기의 첫 번째 부분은 무시됩니다. 산성 린스 호흡 암모니아에있다 1B) 효과. 비약적 NH 4 NH 3 +의 변환은 검출 가능한 암모니아의 양을 낮춘다. 도 1c에 도시 된 바와 같이 샘플링 된 호흡 폐포 암모니아 감소 흐름 결과를 감소. 감소 흐름은 N을 수행구약의 많은 폐포 공기. 1D) 단계 I, II 및 III를 통합 호흡 샘플을 샘플링 할 수 있습니다. I 및 II 분석 단계의 포함은 꽤 암모니아 및 이산화탄소를 낮춘다. 이것은 전신 암모니아의 부정확 한 반영이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
대부분의 과목은 자신의 첫 번째 시도에서 허용 숨을 생성 할 수있다. 그러나 일부 과목은 호흡의 반복이 필요합니다. 압력 및 이산화탄소가 기록 될 때 더욱이, 이들 또한 데이터 분석에서 고려 될 수있다.
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Discussion
실시간 추적 대사 산물을 검출 할 수있는 비 침습 절차의 이점은 명백하다. 그러나 호흡의 연구 분야는이 잠재력을 실현하기 위해 노력하고있다. 호흡 측정은 많은 혼란 변수에 취약 역동적 인 과정이다. 우리의 접근 방식은 중요한 장점을 가지고 : 구체적으로, 호흡 샘플러에 결합 된 쌀 QEPAS 기반 암모니아 모니터의 감도와 속도를 정확하게 측정 밀접한 호흡 수집 요소를 평가하고 확인하는 우리를 사용할 수있다. 이 접근법은 매우 안정 : 예를 들면, 몇몇 예비 실험 후, 최근의 실험을 위해 수집 거의 500 개별 호흡 데이터 포인트의 각각은 기대 (9)의 결과와 일치했다.
날숨 암모니아에 영향을 미치는 다양한 요인이 더 잘 이해 될 때까지, 그것은 도착하기 전에 주제에 철저하고 균일 한 지침을 제공하는 것이 중요합니다. 현재, 우리는 일반적으로 피사체를 부탁드립니다빠른 아침 수집을위한 자정 이후, 이전의 프레 젠 테이션에 1 시간 이상 자신의 치아가 더 큰 브러시, 운동, 흡연, 또는 석유 연료와 자동차 충전을 피하십시오. 데이터 수집 (예를 들어, 높은 섬유 절 낮은 섬유), 우리가 설정되지 않은 전에 우리는 다양한 음식이 저녁을식이 요법을 평가했다하지만 그 다이어트 설득력 영향 기초 자료 시험의 아침. 아침 컬렉션은 알 수없는 이유로 13 발생할 것으로 보인다 명백한 낮의 변화의 영향을 최소화 할 수 있습니다.
날숨 암모니아 수집을위한 다른 동일하게 유효하거나 우수한 방법이 될 수있다. 그것은 종래 호흡 컬렉션 세트 시점에서 표준 헹굼 또한 전신 수준을 반영 할 수 구강 점막 암모니아의 유용한 측정이 발생할 수 있음을, 예를 들면, 가능하다. 또 다른 경로는 구강을 포기하고 코 암모니아 또는 둘 10,14를 측정 할 수 있습니다. 이 후자의 접근법에 fo 필요성을 미연에 방지 할 수R 인터페이스 샘플러. 에 관계없이 모든 방법을주의 깊게 습도, 온도, pH, 유량뿐만 아니라, 구강 인두 생물학을 포함하여이 휘발성 대사에 관련 기술 다양한 요소를 고려해야합니다.
물론, 측정 방법에 대한 가정과 믿음은 데이터 분석에 중요한 베어링이 있습니다. 우리는 압력과 이산화탄소 품질 관리의 중요한 부분입니다 있다고 생각합니다. 그러나, 암모니아 측정보고, 또는 탄소 PPB 또는 피코 몰 같은 단위로, 이산화 조정되어야하는지, 예를 들어, 특정이 아니다. 더 많은 경험과 자신감이 오류의 다양한 기술 소스에서 얻은되면, 데이터 분석에서 기존 복잡한 고려 사항이 더 큰 초점이 와서이 매우 도전적인 생물학의 더 나은 이해를 추진합니다. (그림 2 : 무작위 및 비 무작위 오류 생물 Epiphenomena 또는 B 수스 진정한 생물 다양성을 측정 비정상적인 호흡...구강 / 비강 요인 또는 C와 D. 장비의 성능을 제공합니다.)
암모니아 모니터에 숨 인터페이스에 환자의 2. 다이어그램을 그림. A) 및 시험 할 환자는 호흡 수집 프로세스의 가장 예측 부이다. 환자의 식생활, 운동, 흡연 습관은 데이터 수집에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. B) 호흡의 날숨 때문에 숨을 표준화하는 방법이 중요하다, 사람으로부터 사람에게 다양하다. 폐에서 공기의 바람직한 흐름을 제공하기 위해 시각적으로 제공하는 것은. C) 호흡 인터페이스 장치가 밀접하게 그 호흡 일관성 B와 관련이 균일 날숨을 유지하기 위해 잘 작동하는 과목을 비교하는 중요한 요소이다. 호흡 샘플러 INTErface 사용자가. D) 암모니아 모니터는 서로 다른 기술을 사용하여 자신을 나타낼 수 있습니다 실시간으로 다양한 호흡 샘플 매개 변수를 볼 수 있습니다. 석영 향상된 광 음향 분광 호흡 분석을위한 이상적인 것으로 생각 많은 고유의 장점이 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
본 발명의 방법에 중요한 제한은 인정해야합니다. 샘플러는 상대적으로 저렴하고 휴대용, 암모니아 모니터로 현재 구성, 어느 쪽도없는 동안. 그 결과, 대상은 우리가 쉽게 병원에 우리의 장비를 이동할 수 없습니다, 우리의 헌신적 인 호흡의 연구 공간을 제공해야합니다. 이 요소는, 피사체의 호흡이 하나의 긴 숨을 내쉬고 요구 사항과 함께 과목 (간경변, 주요 목표 인구를 가진, 즉 아픈 환자를 공부 할 수있는 영향은 종종 실천이다학적으로) 제외. 우리는 하나의 모니터를 가지고 있기 때문에 또한, 우리는 현실적으로 주어진 프로토콜에서 연구 할 수있는 과목의 수에 제한됩니다. 차례로,이 샘플의 크기와 전력에 영향을 미칩니다.
위에서 언급 한 바와 같이, 산화 질소의 컬렉션은 미국 흉부 학회와 유럽 호흡기 학회의 공동 노력에 의해 표준화되었다. 여러 그룹이 숨 암모니아 측정의 발전에 중요한 기여를하고있다하지만 호흡 암모니아 해당하는 계약은 현재 없습니다. 추적 호흡 대사 일반적으로 측정, 특히 암모니아에 대한 문헌으로 확실히 많은 수정과 향후 개선이있을 것 15 진화하고 있습니다. 작은 모니터, 휴대 성, 저렴 성공적으로 다기관 임상 시험을위한 중요합니다.
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Acknowledgments
저자는 국립 과학 재단 (NSF)의 재정 지원은 "건강과 환경에 대한 중간 적외선 기술 (MIRTHE)"라는 EEC-0540832에게 부여 인정
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
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