快速准确的呼出气氨浓度测定

摘要

氨是一种重要的生理代谢物，与多种疾病状态和健康状况相关。由于氨在呼出气体中的测定较为困难，因此需要采取特定的预防措施以获得准确的结果。目前并非所有影响氨的因素都已明确，但如果忽略这些因素，相关研究进展将举步维艰。

摘要

这种呼出气氨检测方法采用了一种快速且高灵敏度的光谱技术，称为石英增强型光声光谱法（QEPAS），该技术使用基于量子级联激光器的光源。监测仪与一个可测量口腔压力和二氧化碳的采样器相连接。整个系统采用温度控制，专门设计用于应对该化合物的反应特性。采样器可实时向受试者和技术人员反馈呼吸努力的质量。结合监测仪的快速响应时间，该系统能够准确测量代表深部肺脏系统水平的呼出气氨浓度。

由于该系统易于使用且能产生实时结果，因此能够开展实验以确定影响测量结果的因素。例如，漱口和口腔pH值会可重复且显著地影响结果，因此必须加以控制。温度和呼吸方式是另外两个例子。随着对这些因素的认识不断深入，误差得以减少，临床研究也变得更加有意义。该系统可靠性很高，且单次测量成本低廉。

该采样器相对便宜且便于携带，但监测仪却并非如此。这限制了一些临床研究的选择，也为未来的创新提供了依据。

引言

氨是蛋白质代谢普遍产生的副产物¹。因此，氨的检测有助于临床医生评估多种疾病状态和健康状况²。然而，由于氨具有高度反应性，通过血液或呼出气体准确测量氨浓度十分困难。尽管血液检测被广泛使用，但仍存在诸多缺陷，包括准确性方面的基本问题³。但血液检测最主要的问题在于其采样仅能间歇性进行。这一点至关重要，因为氨的生理变化与血糖及许多其他代谢过程一样，处于动态且持续变化之中⁴。相比之下，呼气检测完全无创且快速，能够轻松实现重复测量。因此，呼气氨检测具有重要吸引力，因其可能以独特的方式解决当前尚未满足的重大临床需求。

然而，呼气样本的采集存在一些独特的问题。静脉采血本身可能以多种不可预测的方式引入误差（例如，止血带使用时间、汗液污染、血细胞溶血、实验室检测延迟等⁵），而呼气检测研究人员则面临另一组全新的挑战：呼吸模式的变异性、口腔黏膜或细菌来源氨的污染、环境空气以及仪器湿度和温度的影响等⁶。事实上，在利用实验方法将实验设备与人体连接以探索未知生物学机制的过程中，低估这一任务的复杂性是不明智的。部分由于这些障碍的存在，呼气氨检测尚未充分发挥其应有的潜力。

本文介绍了我们用于快速、准确测量呼出气中氨气的实验方案。本方案在以下三个方面具有优势：监测设备、接口采样器以及对人为影响因素的关注。该监....

方案

1. 仪器准备

1. 打开氨气光学传感器平台、激光二极管控制器、自行搭建的控制电子单元（CEU）、呼气采样器、空气泵以及笔记本电脑的外部电源。
2. 检查氨气传感器的排气风扇和冷却风扇是否正常运行。注：一个风扇位于传感器后部，另一个位于传感器内部，易于接触。
3. 通过查看氨气传感器箱体侧面的数字显示屏，确认声学检测模块和针阀温度均达到 38.0 °C。从传感器通电开始，需等待约 35 分钟，使温度稳定。
4. 通过点击呼气采样器桌面上名为“ChangeT”的图标，将进样管路和咬嘴的温度设置为 55 °C。随后点击向上或向下箭头调整温度，再点击“Update Temp”确认更改。点击“Exit”返回桌面。系统至少需要 5 分钟使温度稳定。将采样器和管路温度维持在 55 °C 可最大程度减少氨气在表面的损失。
5. 在笔记本电脑上打开控制氨气传感器的软件。该程序位于桌面名为“NH₃ Breath Sensor Program”的文件夹内。进入该文件夹后，用户需选择图标“main labview software”。此文件夹包含多个应用程序，但必须选择“Mainsequence.vi”以进入所需界面。点击屏幕左上角的“run”按钮。注：这将启动波长锁定校准程序。QEPAS 监测仪的激光器在最佳电流下运行，该电流在自动波长锁定过程中被选定。此过程大约需要 25 分钟。
6. 在采样器上创建一个新会话，使每位受试者的会话数据保存为....

结果

受试者的呼出气氨水平基线值可能存在较大差异。健康个体每日晨起时的呼出气氨浓度可能为100–1,000 ppb。使用任何液体漱口会立即改变可检测到的呼出气氨含量。中性或酸性液体通常可使可观察到的氨浓度降低一半以上。随后，随着漱口效应逐渐消退，氨浓度会恢复至基线水平。水的效应通常在15分钟内消失，而酸性液体则可使可检测的呼出气氨维持在最低水平超过2小时。碱性漱口液（如碳酸氢钠）可使可检测的呼出气氨含量在20分钟内增加至原来的两到三倍，之后逐渐恢复至基线。值得注意的是，过氧化氢对呼出气氨的影响并不显著大于其他漱口液；因此，口腔细菌似乎对呼出气氨的检测结果贡献不大。

如上所述，与氨传感器相连的采样器可提供连续数据，技术人员可利用这些数据评估呼出气体样本的质量。口腔压力和二氧化碳是用于验证呼出气体样本有效性的两个关键特征。口腔压力可作为肺部进入采样器气流的替代指标。技术人员必须确保受试者向监测设备中提供了足够的肺泡气流，因为肺泡气中含有目标代谢物。技术人员应预期正常的口腔压力范围为9至10.5 cm H₂O。在10至20秒的呼气过程中，气流应保持相对稳定，这反映在口腔压力的标准差上。一次高质.......

讨论

能够实时检测痕量代谢物的无创检测方法具有显而易见的优势。然而，呼气研究领域在实现这一潜力方面一直面临挑战。呼气测量是一种易受多种混杂因素影响的动态过程。我们的方法具有重要优势：具体而言，基于莱斯大学量子级联激光光声光谱（QEPAS）的氨气监测仪与呼气采样装置相结合，使我们能够评估并确定与准确测量密切相关的呼气采集影响因素。该方法非常可靠：例如，在一些初步实验之后，近期实验中收集的近500个独立呼气数据点均与预期结果一致⁹。

在尚未充分了解影响呼出气氨水平的各种因素之前，向受试者提供全面且统一的指导说明至关重要。目前，我们通常要求受试者在早晨样本采集前自午夜起禁食，在到达前超过1小时刷牙，并避免运动、吸烟或为汽车加注石油燃料。尽管我们已评估了数据采集前一晚的不同饮食方案（例如，高纤维与低纤维饮食），但尚未证实饮食会对测试当天早晨的基础值数据产生明确影响。早晨采集还有助于最大程度减少明显的昼夜节律变化所带来的影响，这种变化发生的原因目前尚不明确¹³。

对于呼出气中氨的采.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
水稻氨监测系统	N/A	N/A	无法商业购买
Loccioni 呼气采样器	Loccioni Humancare	N/A	单次呼气版本
一次性吹嘴	WestPrime Healthcare	G011-200	制造商为 AlcoQuant
笔记本电脑	Lenovo	N/A	旧型号，制造商已不再销售
酸性漱口液	N/A	N/A	家用酸性饮品（咖啡、软饮料、柑橘类果汁等）
碱性漱口液	N/A	N/A	水中加入不确定量的碳酸氢钠（Arm & Hammer 小苏打）
中性漱口液	N/A	N/A	水