El amoníaco es un metabolito fisiológico importante relevante para diversas enfermedades y estados de bienestar. También es una molécula difícil de medir en el aliento, lo que exige que se tomen precauciones particulares para obtener resultados precisos. No se conocen todos los factores que influyen en el amoníaco, pero el progreso puede ser difícil si no se tienen en cuenta estos factores.
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Artículo de método
Rápido y preciso exhalado Amoníaco Medición
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Resumen
Resumen
Este método de amoníaco exhalado utiliza un método espectroscópico rápido y altamente sensible conocido como espectroscopia fotoacústica mejorada con cuarzo (QEPAS) que utiliza un láser cuántico basado en cascada. El monitor está acoplado a un muestreador que mide la presión de la boca y el dióxido de carbono. El sistema está controlado por temperatura y diseñado específicamente para abordar la reactividad de este compuesto. El muestreador proporciona información inmediata al sujeto y al técnico sobre la calidad del esfuerzo respiratorio. Junto con el rápido tiempo de respuesta del monitor, este sistema es capaz de medir con precisión el amoníaco exhalado en el aliento representativo de los niveles sistémicos pulmonares profundos.
Debido a que el sistema es fácil de usar y produce resultados en tiempo real, ha permitido realizar experimentos para identificar factores que influyen en las mediciones. Por ejemplo, el enjuague bucal y el pH oral afectan de forma reproducible y significativa a los resultados y, por lo tanto, deben controlarse. La temperatura y el modo de respiración son otros ejemplos. A medida que evoluciona nuestra comprensión de estos factores, se reducen los errores y los estudios clínicos se vuelven más significativos. Este sistema es muy fiable y las mediciones individuales son económicas.
El sampler es relativamente barato y bastante portátil, pero el monitor no es ni lo uno ni lo otro. Esto limita las opciones para algunos estudios clínicos y proporciona una justificación para futuras innovaciones.
Introducción
El amoníaco es un subproducto ubicua de metabolismo de las proteínas 1. Medición de amoniaco, por lo tanto puede ayudar a los médicos a evaluar diversas enfermedades y estados de bienestar 2. Sin embargo, el amoniaco es difícil de medir con precisión, a través de la sangre o el aliento, debido a que es muy reactivo. Aunque se usa comúnmente, ensayos en sangre tienen numerosos inconvenientes, incluyendo preocupaciones básicas acerca de la precisión 3. Pero el principal problema con los ensayos de sangre es la realidad de que sólo alguna vez recogidos episódicamente. Esto es importante porque la fisiología de amoníaco, al igual que la glucosa en sangre y muchos otros procesos metabólicos, son fluidos y siempre cambiante 4. Por el contrario, los ensayos de respiración son totalmente no invasiva y rápida, lo que permite fácilmente medidas repetidas. Por lo tanto, la medición de amoniaco respiración es atractivo porque puede abordar una necesidad no cubierta de una manera única.
Colección aliento, sin embargo, presenta problemas únicos. Mientras que la flebotomía lleva inherente la JeoPardy de error en varias maneras impredecibles (por ejemplo, tiempo de torniquete, la contaminación sudor, hemólisis de glóbulos, retardo en la medición de laboratorio, etc 5), los investigadores de medición de la respiración debe enfrentarse a un grupo diferente de nuevos desafíos: la variabilidad en la respiración, con la contaminación de mucosa oral o amoníaco bacteriana, la influencia de la humedad del aire y el aparato y temperatura ambiente, etc 6. De hecho, no es prudente subestimar la tarea en la conexión de equipo experimental para los seres humanos utilizando procedimientos experimentales para descubrir la biología desconocido. En parte debido a estos obstáculos, respirar amoníaco aún no ha alcanzado su potencial.
Aquí, presentamos nuestro protocolo de medición de amoniaco aliento para obtener resultados rápidos y precisos. Nuestro protocolo tiene fuerza en tres áreas: el monitor, el sampler de la interfaz, y la atención a las influencias humanas. El monitor fue construido por colegas en la Universidad de Rice a lo descrito previamente 7. La base de la MEAsurement es un cuarzo mejorada espectroscopia fotoacústica técnica (QEPAS) que emplea un tenedor de sintonía piezoeléctrico de cuarzo como un transductor acústico. Fotoacústica efecto se produce cuando las ondas acústicas son producidos por la absorción de la radiación láser modulado por especies de gases traza objetivo. El gas de traza se detectó utilizando una célula acústica que es acústicamente resonante a la frecuencia modulada. Longitud de onda de la absorción del amoníaco fue seleccionado que esté libre de interferencia espectral interfieran especies en el aliento. Para los propósitos de la medición aliento exhalado humana, las principales características de la pantalla incluyen una amplia gama de medición (de ~ 50 partes por mil millones, ppb a 5000 ppb al menos) y la velocidad (1 mediciones sec). La velocidad del monitor permite la resolución de tiempo durante todo el ciclo de respiración.
El monitor está acoplado a un muestreador de aire especialmente diseñado. La toma de muestras consiste en un sensor de presión y capnógrafo. Muestra y archivos en tiempo realmediciones de presión en la boca y dióxido de carbono, así como las concentraciones de amoníaco determinado por el sensor. Esta toma de muestras, por lo tanto, permite al técnico para evaluar la calidad del esfuerzo de respiración cuando se recoge la respiración. Esto nos permite exceder las recomendaciones para el análisis de aliento de óxido nítrico (FE NO), propuesto por el grupo operativo de la American Thoracic Society / European Respiratory Society (ATS / ERS) 8. Para todos muestras del aliento, se utilizó una válvula de una vía disponible en línea en el puerto de la boca de la toma de muestras aliento.
Debido a la velocidad del monitor y los controles de calidad proporcionada por el sampler, hemos sido capaces de evaluar cuidadosamente las influencias humanas 9. La mayoría de los temas, por ejemplo, en un principio hiperventilar cuando se le indique para respirar. Otras influencias importantes, tales como el pH oral y enjuagues bucales, las temperaturas de la toma de muestras, el monitor y todos los tubos asociados, y el modo de respirar, se estudiaron a continuación, y son la base for los experimentos ilustrativos siguientes.
Por último, y quizás lo más importante, hay que destacar que varios grupos altamente experimentados están midiendo el aliento amoníaco utilizando completamente diferentes sensores de medición y procedimientos. Estos pueden tener ventajas y validez importantes. Una comparación completa está más allá del alcance de la presente 10,11,12 trabajo.
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Protocolo
1. Preparación de Instrumentos
- Encienda la fuente de alimentación externa a la plataforma de sensor óptico amoníaco, controlador de láser de diodo, una unidad electrónica de control a la medida (CEU), el muestreador de aire, bomba de aire, y un ordenador portátil.
- Compruebe que tanto el tubo de escape y ventiladores de refrigeración del sensor de amoniaco están operando. NOTA: Se encuentra situada en la parte posterior del sensor, el segundo se encuentra dentro del sensor, que es fácilmente accesible.
- Asegúrese de que el módulo de detección acústica y temperatura de la válvula de aguja están en 38,0 ° C mediante la comprobación de la pantalla digital situada en el lado de la caja de sensor de amoniaco. Espere unos 35 minutos desde el momento en que el sensor se suministra energía para que la temperatura se estabilice.
- Establecer tubo de entrada y la temperatura de la boquilla a 55 ° C haciendo clic en un icono de nombre "ChangeT" que se encuentra en el escritorio del muestreador aliento. La temperatura puede ser cambiado haciendo clic en la flecha arriba o abajo seguido haciendo clic en "Actucomió Temp ". Haga clic en "Exit" para volver al escritorio. Deje que el sistema por lo menos 5 minutos para que la temperatura se estabilice. El mantenimiento de la temperatura de la toma de muestras y el tubo a 55 º C reduce al mínimo la pérdida de superficie de amoniaco.
- Abra el software en la computadora portátil que controla el sensor de amoníaco. El programa se puede acceder dentro de una carpeta llamada "NH 3 Programa Sensor Breath" en el escritorio. Dentro de esta carpeta, el usuario debe seleccionar el icono de "software principal labview". Esta carpeta contiene varias aplicaciones, pero el usuario debe seleccionar "Mainsequence.vi" para acceder a la interfaz deseada. Seleccione "Ejecutar" en la esquina superior izquierda de la pantalla. NOTA: Esto comienza la línea de bloqueo de secuencia de calibración. El láser del monitor QEPAS opera en una corriente óptima, que se selecciona durante un procedimiento de línea de bloqueo automático. Este proceso tendrá una duración aproximada de 25 min.
- Crear una nueva sesión en la toma de muestras de tal manera que easesión sujeto ch tiene su propio archivo que se guarda en una memoria adjunta. NOTA: Esto se realiza mediante la apertura del programa "Sampler Aliento" que se encuentra en el escritorio del sampler. Hay espacio para identificar la sesión apropiadamente. Todos los datos generados durante la sesión se guardarán en la unidad flash en virtud de este identificador. La fecha del experimento se utiliza típicamente como parte del nombre de archivo. La entrada y la temperatura de la boquilla se deben ajustar antes de entrar en el programa de la respiración de muestreo.
- Inserte una nueva boquilla desechable en la tubería de entrada. Use guantes desechables para evitar la contaminación de boquilla con el amoníaco de los dedos.
2. Respiración Sample Collection
NOTA: La Junta de Revisión Institucional correspondiente (Consejo de Ética) debe aprobar cualquier estudio que involucra sujetos humanos. Hay muchos factores que pueden influir drásticamente aliento amoníaco. Estos factores pueden alterar las mediciones de amoniaco por el aliento directamente unffecting niveles de amoníaco sistémicos o afectando el viaje de los metabolitos de respiración de los pulmones a la instrumentación.
- Asegúrese sujetos llegan al laboratorio en ayunas, después de haber consumido ningún alimento durante aproximadamente 12 horas a la llegada y que se han abstenido de ejercicio por la mañana antes de la prueba.
- Asegúrese de ninguna sustancia ha sido introducida en la boca por lo menos 1 hora antes de la recogida de datos. Asegúrese de que los sujetos se cepillan los dientes superior a 1 hora antes de la prueba.
- Asiente el sujeto delante del sensor de amoníaco. Instruya al sujeto que mantenga la tubería de entrada y asegúrese de que no se toquen la boquilla para evitar la contaminación de amoníaco.
- Haga clic en "Inicio" en la interfaz de sampler. Haga que el sujeto exhala en la boquilla durante el tiempo que pueden, o hasta que el operador considere que la muestra es suficiente. NOTA: Se trata de una sola exhalación completa de al menos 10 segundos. Presión en la boca se mide en tiempo real como un sustitutopara la tasa de flujo. Un medidor de presión de un código de colores ayuda a que el producto sujeto y mantener la presión de espiración deseado de 10 cm de agua, lo que representa una tasa de flujo de exhalación de 50 ml / seg. Se seleccionó este caudal, ya que ha sido adoptado por la ATS / ERS para el protocolo para determinar Fe NO. Este caudal de exhalación es alcanzable por los niños y adultos. Del mismo modo tres exhalaciones reproducibles deben obtenerse que difieren en menos de 10%.
- Haga clic en "Stop" en la interfaz de sampler cuando se completa la muestra de aliento.
3. Aliento medición de la muestra
- Una vez que una muestra de aliento se ha analizado, el técnico de laboratorio de utilizar el monitor a continuación, tiene la capacidad de analizar cualquier segmento de que el perfil de la respiración. La porción de la respiración que es de interés es el segmento de la fase III. Este se caracteriza por una "meseta" en la concentración de dióxido de carbono y se encuentra en el centro para la etapa tardía de la BREath.
- Seleccione la parte de fase III de la muestra arrastrando las líneas verticales en la interfaz de sampler para comenzar cuando mesetas de dióxido de carbono y detener justo antes de la caída de presión del aire. Consulte la Figura 1 para una aclaración.
- Guarde los datos en la unidad flash haciendo clic en "Guardar" en la interfaz de pantalla táctil sampler.
- Una vez que los datos se han almacenado de aliento, el usuario puede seleccionar en "Inicio" para iniciar una nueva muestra de aliento.
4. Ilustra los efectos de Enjuague Bucal y pH en amoníaco Breath
- Muestra 3 respiraciones para establecer el nivel de amoníaco de línea de base. Asegúrese de que las respiraciones se toman al menos 5 minutos el uno del otro.
- Enjuagar bien la boca con una alícuota de 30 ml de agua durante 60 segundos.
- Se recoge una muestra de aliento dentro de 60 segundos del enjuague (Sección 2). Recoger muestras de aliento en el transcurso de la siguiente hora para observar el cambio en amoniaco con el tiempo. NOTA: Samplos se puede tomar tan frecuentemente como cada minuto, pero intervalos más largos se utilizan típicamente.
- Enjuagar bien la boca con una alícuota de 30 ml de la solución básica (bicarbonato de sodio en agua) durante 60 segundos y repita 4.2.1.
- Enjuagar bien la boca con una alícuota de 30 ml de solución ácida durante 60 segundos y repita 4.2.1.
5. Ilustra los efectos de las temperaturas de entrada y de transporte de tubos de amoníaco Breath
- Ejemplos de tres respiraciones en el transcurso de 15 min con la temperatura de entrada fijada por debajo de la temperatura corporal, aproximadamente 30 ° C.
- Aumente la temperatura de entrada y la tubería de transporte a 55 ° C, respectivamente, utilizando un icono de escritorio en la interfaz de pantalla táctil del muestreador aliento. Deje que el sistema por lo menos 5 minutos para alcanzar el estado de equilibrio.
- Muestra 3 respiraciones, 5 min aparte en la entrada climatizada.
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Resultados
Los sujetos se pueden esperar para producir una amplia gama de niveles de amoniaco de respiración de línea de base. Las personas sanas pueden comenzar el día con una medición de amoniaco aliento de 100-1.000 ppb. Enjuagar la boca con el líquido cambia de inmediato la cantidad de aire amoníaco detectable. Fluidos neutros y ácidos típicamente cortan la cantidad de amoníaco observable por más de la mitad. Estos niveles luego regresan a la línea de base como los efectos de la enjuague desaparece. Los efectos del agua parece...
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Discusión
Los beneficios de un procedimiento no invasivo capaz de detectar metabolitos traza en tiempo real son obvias. Sin embargo, el campo de la investigación aliento ha tenido problemas para cumplir con este potencial. La medición de la respiración es un proceso dinámico vulnerable a muchos factores de confusión. Nuestro enfoque tiene ventajas importantes: en concreto, la sensibilidad y la velocidad del monitor amoniaco basado Arroz QEPAS junto al muestreador aliento nos han permitido evaluar e identificar los factores de rec...
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Divulgaciones
El Dr. Risby se desempeña como consultor de Loccioni Humancare, el fabricante del muestreador de aliento.
Agradecimientos
Los autores reconocen el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) concede CEE-0.540.832 titulada "Tecnologías del Medio infrarrojos para la Salud y el Medio Ambiente (MIRTHE)"
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Sistema de monitor de amoníaco de arroz | N/A | N/A | No disponible para compra comercial |
| Loccioni Muestreador de aliento Loccioni | Humancare | N/A | Boquilla |
| desechable | WestPrime Healthcare | G011-200 | El fabricante es AlcoQuant |
| Laptop | Lenovo | N/A | El modelo antiguo ya no se vende por el fabricante |
| Acid Enjuague | N/A | N/A | Bebida ácida doméstica (café, refresco, jugos cítricos, etc.) |
| Base Enjuague | N/A | N/A | Agua mezclada con una cantidad no exacta de bicarbonato de sodio (Arm & Martillo Bicarbonato de sodio) |
| Enjuague neutro | N/A | N/A | Agua |
Referencias
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Reimpresiones y permisos
