الأمونيا هي مستقلب فسيولوجي مهم ذي صلة بمختلف حالات المرض والعافية. كما أنه جزيء يصعب قياسه في التنفس ، مما يتطلب اتخاذ احتياطات خاصة للحصول على نتائج دقيقة. ليست كل العوامل التي تؤثر على الأمونيا معروفة ، ولكن قد يكون التقدم صعبا دون مراعاة هذه العوامل.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
تستخدم طريقة الأمونيا بالتنفس الزفير طريقة طيفية سريعة وحساسة للغاية تعرف باسم التحليل الطيفي الصوتي الضوئي المعزز الكوارتز (QEPAS) الذي يستخدم ليزر قائم على الشلال الكمومية. يقترن الشاشة بجهاز أخذ العينات الذي يقيس ضغط الفم وثاني أكسيد الكربون. يتم التحكم في درجة حرارة النظام ومصمم خصيصا لمعالجة تفاعل هذا المركب. يوفر جهاز أخذ العينات ملاحظات فورية للموضوع والفني حول جودة جهد التنفس. جنبا إلى جنب مع وقت الاستجابة السريع للشاشة ، فإن هذا النظام قادر على قياس أمونيا التنفس الزفير بدقة التي تمثل المستويات الجهازية العميقة للرئة.
نظرا لأن النظام سهل الاستخدام وينتج نتائج في الوقت الفعلي، فقد مكن التجارب من تحديد العوامل التي تؤثر على القياسات. على سبيل المثال ، يؤثر غسول الفم ودرجة الحموضة عن طريق الفم بشكل متكرر وكبير على النتائج ، وبالتالي يجب التحكم فيه. درجة الحرارة وطريقة التنفس أمثلة أخرى. مع تطور فهمنا لهذه العوامل ، يتم تقليل الخطأ ، وتصبح الدراسات السريرية أكثر أهمية. هذا النظام موثوق للغاية والقياسات الفردية غير مكلفة.
جهاز أخذ العينات غير مكلف نسبيا ومحمول تماما ، لكن الشاشة ليست كذلك. هذا يحد من الخيارات لبعض الدراسات السريرية ويوفر عقلانية للابتكارات المستقبلية.
المقدمة
الأمونيا هو نتيجة ثانوية في كل مكان من البروتين الأيض 1. وبالتالي يمكن قياس الأمونيا تساعد الأطباء تقييم مختلف الأمراض والدول العافية 2. ومع ذلك، والأمونيا من الصعب قياس بدقة، عن طريق الدم أو التنفس، لأنه هو رد الفعل للغاية. على الرغم استخداما، فحوصات الدم لديهم العديد من العوائق، بما في ذلك المخاوف الأساسية حول دقة 3. ولكن المشكلة الكبرى مع فحوصات الدم هو واقع أنهم أي وقت مضى فقط جمعها عرضية. هذا أمر مهم لأن الأمونيا علم وظائف الأعضاء، مثل الكثير من السكر في الدم والعديد من العمليات الأيضية الأخرى، هي السوائل والمتغيرة باستمرار 4. في المقابل، المقايسات التنفس بشكل كامل غير الغازية وسريعة، وبالتالي بسهولة تمكين التدابير المتكررة. وبالتالي، قياس التنفس الأمونيا وجذابة لأنها قد معالجة الاحتياجات غير الملباة خطيرة بطريقة فريدة من نوعها.
جمع التنفس، ومع ذلك، يقدم مخاوف فريدة من نوعها. بينما الفصد يحمل بطبيعته وجيوpardy من الخطأ في عدة طرق يمكن التنبؤ بها (على سبيل المثال، الوقت عاصبة، وتلوث العرق، وانحلال الدم خلايا الدم، والتأخر في قياس مختبر، الخ 5)، يجب على الباحثين قياس التنفس يتعامل مع مجموعة مختلفة من التحديات رواية: التباين في التنفس، وتلوث مع المخاطية الفموية أو الأمونيا البكتيرية، وتأثير الرطوبة الجوية المحيطة والأجهزة ودرجة الحرارة، الخ 6. في الواقع، فإنه ليس من الحكمة أن نقلل من المهمة في ربط المعدات التجريبية على البشر باستخدام الإجراءات التجريبية لاكتشاف الأحياء غير معروف. ويرجع ذلك جزئيا لهذه العقبات، لم تجتمع حتى الآن التنفس الأمونيا إمكاناتها.
هنا، فإننا نقدم لدينا بروتوكول التنفس قياس الأمونيا لنتائج سريعة ودقيقة. بروتوكول لدينا لديها قوة في ثلاثة مجالات هي: الشاشة، واجهة العينات، والانتباه إلى التأثيرات البشرية. بنيت رصد من قبل الزملاء في جامعة رايس كما هو موضح سابقا 7. أساس شركة طيران الشرق الأوسطsurement هو الكوارتز تعزيز الضوئي الطيفي (QEPAS) التقنية التي توظف كهرضغطية الكوارتز الشوكة الرنانة باعتبارها محول الصوتية. يحدث تأثير الضوئي عندما يتم إنتاج الموجات الصوتية عن طريق امتصاص أشعة الليزر عن طريق التضمين الأنواع الغاز تتبع الهدف. يتم الكشف عن الغاز التتبع باستخدام خلية الصوتية التي هي الرنانة سمعيا إلى تردد التضمين. تم اختيار الطول الموجي امتصاص الأمونيا التي هي خالية من التدخلات الطيفية من التدخل الأنواع في التنفس. لأغراض قياس زفير الإنسان، والملامح الرئيسية لرصد وتشمل مجموعة واسعة القياس (من ~ 50 أجزاء لكل مليار، جزء من البليون إلى 5،000 على الأقل جزء في البليون) والسرعة (1 قياسات ثانية). سرعة رصد تمكن وقت القرار خلال دورة التنفس.
ويقترن الشاشة لعينات التنفس المصممة خصيصا. يتكون العينات من جهاز استشعار الضغط وcapnograph. فإنه يعرض والمحفوظات في الوقت الحقيقيقياسات ضغط الفم وثاني أكسيد الكربون وكذلك تركيزات الأمونيا التي يحددها الاستشعار. هذه العينات، وبالتالي، يمكن فني لتقييم نوعية الجهد التنفس كما يتم جمع التنفس. وهذا يتيح لنا أن تتجاوز توصيات لتحليل التنفس أكسيد النيتريك (NO الحديد) الذي اقترحته فرقة العمل التابعة للجمعية أمراض الصدر / التنفسية جمعية الأوروبية الأمريكية (ATS / ERS) 8. لجميع العينات التنفس، وكان يستخدم في اتجاه واحد صمام القابل للتصرف في الخط على منفذ الفم من العينات التنفس.
بسبب سرعة رصد ومراقبة الجودة التي تقدمها العينات، وكنا قادرين على تقييم دقيق التأثيرات البشرية 9. معظم المواد، على سبيل المثال، hyperventilate البداية عندما أوعز للتنفس. التأثيرات الهامة الأخرى، مثل درجة الحموضة عن طريق الفم والفم يشطف، ودرجات الحرارة من العينات ورصد وجميع الأنابيب المرتبطة بها، وطريقة التنفس، وبعد ذلك درس، وهما أساس FOص التجارب التوضيحية أدناه.
أخيرا، وربما الأهم من ذلك، لا بد من التأكيد على أن عدة مجموعات من ذوي الخبرة العالية وقياس التنفس باستخدام أجهزة استشعار الأمونيا مختلفة تماما وإجراءات القياس. قد يكون لهذه المزايا الهامة وصحتها. مقارنة كاملة هو أبعد من نطاق 10،11،12 العمل الحالي.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. إعداد الصكوك
- بدوره على إمدادات الطاقة الخارجية إلى منصة استشعار بصري الأمونيا، وحدة تحكم ليزر الصمام الثنائي، وحدة الالكترونيات تحكم مخصص بنيت (سي إي يو)، وعينات التنفس، ومضخة الهواء، وأجهزة الكمبيوتر المحمول.
- تأكد من أن كل من العادم ومراوح التبريد من أجهزة الاستشعار التي تعمل الأمونيا. ملاحظة: واحد يقع في الجزء الخلفي من أجهزة الاستشعار، تم العثور على الثانية خلال أجهزة الاستشعار، التي يمكن الوصول إليها بسهولة.
- ضمان وحدة الكشف الصوتية ودرجة الحرارة صمام إبرة هي في 38.0 درجة مئوية عن طريق التحقق من العرض الرقمي الموجود على الجانب من مربع استشعار الأمونيا. انتظر حوالي 35 دقيقة من الوقت يتم توفير جهاز استشعار القوة لدرجة الحرارة لتحقيق الاستقرار.
- مجموعة أنابيب مدخل ودرجة الحرارة المعبرة إلى 55 درجة مئوية خلال النقر على اسم رمز "ChangeT" وجدت على سطح المكتب من العينات التنفس. درجة الحرارة ويمكن بعد ذلك أن تتغير من خلال النقر على السهم لأعلى أو لأسفل تليها بالنقر على "محدثأكلت درجة الحرارة ". انقر فوق "إنهاء" للعودة إلى سطح المكتب. السماح للنظام 5 دقائق على الأقل لدرجة الحرارة لتحقيق الاستقرار. الحفاظ على درجة حرارة العينات وأنابيب في 55 ° C يقلل من فقدان سطح الأمونيا.
- فتح البرنامج على الكمبيوتر المحمول التي تسيطر على استشعار الأمونيا. يمكن الوصول إلى البرنامج داخل مجلد باسم "NH 3 برنامج الاستشعار النفس" على سطح المكتب. داخل هذا المجلد، يجب على المستخدم اختيار رمز "البرمجيات ابفيف الرئيسي". هذا المجلد يحتوي على العديد من التطبيقات، ولكن يجب على المستخدم تحديد "Mainsequence.vi" للوصول إلى واجهة المطلوب. حدد "تشغيل" في أعلى الزاوية اليسرى من الشاشة. ملاحظة: يبدأ هذا الخط قفل تسلسل المعايرة. الليزر لرصد QEPAS تعمل على التيار الأمثل، والتي تم اختيارها خلال إجراء قفل الخط الآلي. وسوف تستغرق هذه العملية حوالي 25 دقيقة.
- إنشاء جلسة عمل جديدة على العينات بحيث عصامالدورة موضوع الفصل لديه ملف خاص به الذي تم حفظه إلى محرك أقراص فلاش المرفقة. ملاحظة: يتم تنفيذ هذا عن طريق فتح برنامج "النفس عينات" وجدت على سطح المكتب من العينات. هناك مساحة لتحديد الدورة بشكل مناسب. سيتم حفظ جميع البيانات التي تم إنشاؤها خلال الدورة في محرك فلاش تحت هذا المعرف. وعادة ما تستخدم من تاريخ التجربة كجزء من اسم الملف. يجب ضبط درجة الحرارة مدخل والمعبرة قبل دخول البرنامج التنفس وأخذ العينات.
- إدراج الناطقة باسم المتاح جديدة في أنبوب مدخل. ارتداء القفازات القابل للتصرف لتجنب تلويث المعبرة مع الأمونيا من الأصابع.
2. التنفس جمع العينات
ملاحظة: يجب على مجلس المراجعة المؤسسية ذات الصلة (مجلس الأخلاقيات) الموافقة على أي دراسة الموضوعات التي تنطوي على الإنسان. هناك العديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر بشكل كبير التنفس الأمونيا. ويمكن لهذه العوامل تغيير قياسات الأمونيا التنفس عن طريق مباشرةffecting مستويات الأمونيا النظامية أو عن طريق التأثير في رحلة نواتج التنفس من الرئتين إلى الأجهزة.
- ضمان وصول المواد إلى المختبر في حالة الصيام، وبعد أن يستهلك أي طعام لنحو 12 ساعة عند وصولهم وأنهم قد امتنعوا عن ممارسة الصباح قبل الاختبار.
- ضمان وقد تم إدخال أي مادة في الفم لمدة 1 ساعة على الأقل قبل جمع البيانات. ضمان أن الموضوعات فرشاة أسنانهم أكبر من 1 ساعة قبل الاختبار.
- مقعد هذا الموضوع أمام استشعار الأمونيا. إرشاد تخضع لعقد أنبوب مدخل، والتأكد من أنها لا تلمس لسان حال لتجنب التلوث الأمونيا.
- انقر على زر "ابدأ" على واجهة العينات. لقد موضوع زفر في بوق لطالما أنها تستطيع، أو حتى يراها المشغل العينة أن تكون كافية. ملاحظة: هذا هو الزفير واحدة كاملة لا يقل عن 10 ثانية دائمة. ويقاس ضغط الفم في الوقت الحقيقي كبديللمعدل التدفق. وقياس الضغط مرمزة يساعد على المنتجات موضوع والحفاظ على الضغط زفير المطلوب من 10 سم من المياه، وهو ما يمثل معدل تدفق الزفير من 50 مل / ثانية. وقد تم اختيار هذا معدل التدفق منذ أن تم اعتماده من قبل ATS / ERS لبروتوكول لتحديد الحديد NO. هذا معدل تدفق الزفير يمكن تحقيقه من قبل الأطفال والبالغين. وبالمثل ينبغي الحصول على ثلاثة التبخر استنساخه التي تختلف بنسبة تقل عن 10٪.
- انقر على زر "إيقاف" على واجهة العينات عند اكتمال عينة التنفس.
3. التنفس قياس عينة
- مرة واحدة وقد تم تحليل عينة التنفس، وفني مختبر تشغيل جهاز العرض ثم لديه القدرة على تحليل أي جزء من هذا الملف التنفس. جزء من النفس الذي يهم هو جزء المرحلة الثالثة. ويتميز هذا من قبل "الهضبة" في تركيز ثاني أكسيد الكربون ويوجد في الوسط لمرحلة متأخرة من الفاته.
- حدد المرحلة الثالثة جزء من العينة عن طريق سحب خطوط عمودية على الواجهة العينات لتبدأ عندما الهضاب ثاني أكسيد الكربون ووقف الحق قبل هبوط الضغط من التنفس. انظر الشكل 1 للتوضيح.
- حفظ البيانات إلى محرك أقراص فلاش بالنقر على "مخزن" على واجهة الشاشات التي تعمل باللمس العينات.
- مرة واحدة وقد تم تخزين البيانات التنفس، ويمكن للمستخدم اختيار "بداية" لبدء عينة نفسا جديدا.
4. يوضح آثار الفم التشطيف ودرجة الحموضة على التنفس الأمونيا
- عينة 3 الأنفاس لتحديد مستوى خط الأساس الأمونيا. ضمان أخذ نفسا 5 دقائق على الأقل بعيدا عن بعضها البعض.
- شطف الفم تماما مع قسامة 30 مل من الماء لمدة 60 ثانية.
- جمع عينة التنفس في غضون 60 ثانية من شطف (القسم 2). جمع عينات التنفس على مدار الساعة التالية لمراقبة التغير في الأمونيا مع مرور الوقت. ملاحظة: سامبليس يمكن أن تؤخذ على أنها في كثير من الأحيان كما في كل دقيقة، ولكن يتم استخدام فترات أطول عادة.
- شطف الفم تماما مع قسامة 30 مل من محلول الأساسية (بيكربونات الصوديوم في الماء) لمدة 60 ثانية وكرر 4.2.1.
- شطف الفم تماما مع قسامة 30 مل من محلول حمضي لمدة 60 ثانية وكرر 4.2.1.
5. يوضح آثار مدخل والنقل الأنابيب درجات الحرارة على التنفس الأمونيا
- عينة ثلاثة الأنفاس على مدى 15 دقيقة مع درجة الحرارة إلى أقل من مدخل تعيين درجة حرارة الجسم، ما يقرب من 30 درجة مئوية.
- زيادة درجات الحرارة من مدخل وأنابيب النقل إلى 55 درجة مئوية على التوالي باستخدام أيقونة سطح المكتب على واجهة الشاشات التي تعمل باللمس من العينات التنفس. السماح للنظام لا يقل عن 5 دقائق للوصول إلى حالة مستقرة.
- عينة 3 الأنفاس، 5 دقائق بعيدا في مدخل ساخنة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
يمكن توقع أن تنتج مجموعة واسعة من خط الأساس مستويات الأمونيا التنفس الموضوعات. الأفراد الأصحاء قد تبدأ اليوم مع التنفس قياس الأمونيا من 100-1،000 جزء من البليون. المضمضة مع أي من السوائل على الفور بتغيير كمية يمكن كشفها التنفس الأمونيا. السوائل الحمضية ومحايدة خفض عادة كمية الأمونيا ملاحظتها من قبل أكثر من النصف. هذه المستويات ثم العودة إلى خط الأساس كما آثار شطف يلبس. آثار الماء يبدو لتبديد خلال 15 دقيقة، في حين أن حمض يمكن أن تبقي كشف التنفس الأمونيا إلى أدنى حد ممكن لأكثر من 2 ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
فوائد إجراء غير الغازية قادرة على الكشف عن مستقلبات تتبع في الوقت الحقيقي واضحة. ومع ذلك، فقد كافح مجال البحوث التنفس لتحقيق هذه الإمكانية. قياس التنفس هي عملية ديناميكية عرضة للكثير من العوامل المربكة. نهجنا لديه نقاط قوة هامة: على وجه التحديد، مكنتنا حساسية وسرعة رايس QEPAS رصد الأمونيا استنادا إلى جانب عينات التنفس لتقييم وتحديد العوامل جمع التنفس وثيق لقياس دقيقة. هذا النهج هو موثوق جدا: على سبيل المثال، وبعد بعض التجارب الأولية، كل من ما يقرب من 500 فرد نقاط البيانات التي تم ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
يعمل الدكتور ريسبي كاستشاري لشركة Loccioni Humancare ، الشركة المصنعة لجهاز أخذ عينات التنفس.
شكر وتقدير
يعترف الكتاب بدعم مالي من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) منح EEC-0540832 بعنوان "تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء منتصف للصحة والبيئة (MIRTHE)"
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| نظام مراقبة الأمونيا الأرز | N / A | غير | متوفر للشراء التجاري |
| Loccioni Breath Sampler | Loccioni Humancare | N / A | إصدار نفس واحد |
| قطعة فم يمكن التخلص منها | WestPrime Healthcare | G011-200 | الشركة المصنعة هي AlcoQuant |
| Laptop | Lenovo | N / A | الطراز القديم لم يعد يباع من قبل الشركة المصنعة |
| Acid اشطف | مشروب حمضي منزلي (قهوة ، مشروبات غازية ، عصائر حمضيات ، إلخ) | ||
| شطف أساسي | N / A | N / A | ماء ممزوج بكمية غير دقيقة من بيكربونات الصوديوم (Arm & amp; صودا الخبز المطرقية) |
| شطف محايد | N / A | N / A | ماء |
المراجع
- Adeva, M. M., Souto, G., Blanco, N., Donapetry, C. Ammonium metabolism in humans. Metabolism: clinical and experimental. 61 (11), 1495-1511 (2012).
- Auron, A., Brophy, P. D. Hyperammonemia in review: pathophysiology, diagnosis, and treatment. Pediatric nephrology. 27 (2), 207-222 (2012).
- Blanco Vela, C. I., Bosques Padilla, F. J. Determination of ammonia concentrations in cirrhosis patients-still confusing after all these years. Annals of hepatology. 10 Suppl 2, (2011).
- Mpabanzi, L., Ol de Damink, S. W. M., van de Poll, M. C. G., Soeters, P. B., Jalan, R., Dejong, C. H. C. To pee or not to pee: ammonia hypothesis of hepatic encephalopathy revisited. European journal of gastroenterology & hepatology. 23 (6), 449-454 (2011).
- Goggs, R., Serrano, S., Szladovits, B., Keir, I., Ong, R., Hughes, D. Clinical investigation of a point-of-care blood ammonia analyzer. Veterinary clinical pathology / American Society for Veterinary Clinical Pathology. 37 (2), 198-206 (2008).
- Huizenga, J. R., Tangerman, A., Gips, C. H. Determination of ammonia in biological fluids. Annals of clinical biochemistry. 31 (Pt 6), 529-543 (1994).
- Lewicki, R., et al. Real time ammonia detection in exhaled human breath with a quantum cascade laser based sensor. 2009 Conference on Lasers and ElectroOptics and 2009 Conference on Quantum electronics and Laser Science Conference. 1, (2009).
- American Thoracic Society. European Respiratory Society. Recommendations for Standardized Procedures for the Online and Offline Measurement of Exhaled Lower Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide. American journal of respiratory and critical care medicine. 171 (8), 912-930 (2005).
- Solga, S. F., et al. Factors influencing breath ammonia determination. Journal of breath research. 7 (3), (2013).
- Schmidt, F. M., et al. Ammonia in breath and emitted from skin. Journal of breath research. 7 (1), (2013).
- Spaněl, P., Dryahina, K., Smith, D. A quantitative study of the influence of inhaled compounds on their concentrations in exhaled breath. Journal of breath research. 7 (1), (2013).
- Boots, A. W., van Berkel, J. J. B. N., Dallinga, J. W., Smolinska, A., Wouters, E. F., van Schooten, F. J. The versatile use of exhaled volatile organic compounds in human health and disease. Journal of breath research. 6 (2), (2012).
- Hibbard, T., Killard, A. J. Breath ammonia levels in a normal human population study as determined by photoacoustic laser spectroscopy. Journal of breath research. 5 (3), (2011).
- Wang, T., Pysanenko, A., Dryahina, K., Spaněl, P., Smith, D. Analysis of breath, exhaled via the mouth and nose, and the air in the oral cavity. Journal of breath research. 2 (3), (2008).
- Amann, A., Smith, D. Volatile Biomarkers. 1st Edition. , (2013).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
