L’ammoniac est un métabolite physiologique important pour diverses maladies et états de bien-être. C’est aussi une molécule difficile à mesurer dans l’haleine, ce qui nécessite de prendre des précautions particulières pour obtenir des résultats précis. Tous les facteurs influençant l’ammoniac ne sont pas connus, mais il peut être difficile de progresser sans tenir compte de ces facteurs.
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Article de méthode
Rapide et précis expiré Breath ammoniac mesure
Dans cet article
Résumé
Résumé
Cette méthode d’ammoniac par respiration expirée utilise une méthode spectroscopique rapide et très sensible connue sous le nom de spectroscopie photoacoustique améliorée à quartz (QEPAS) qui utilise un laser basé sur une cascade quantique. Le moniteur est couplé à un échantillonneur qui mesure la pression buccale et le dioxyde de carbone. Le système est à température contrôlée et spécialement conçu pour tenir compte de la réactivité de ce composé. L’échantillonneur fournit un retour immédiat au sujet et au technicien sur la qualité de l’effort respiratoire. Associé au temps de réponse rapide du moniteur, ce système est capable de mesurer avec précision l’ammoniac expiré représentatif des niveaux systémiques des poumons profonds.
Parce que le système est facile à utiliser et produit des résultats en temps réel, il a permis aux expériences d’identifier les facteurs qui influencent les mesures. Par exemple, le rince-bouche et le pH oral affectent de manière reproductible et significative les résultats et doivent donc être contrôlés. La température et le mode de respiration en sont d’autres exemples. Au fur et à mesure que notre compréhension de ces facteurs évolue, les erreurs diminuent et les études cliniques deviennent plus significatives. Ce système est très fiable et les mesures individuelles sont peu coûteuses.
Le sampler est relativement bon marché et assez portable, mais le moniteur n’est ni l’un ni l’autre. Cela limite les options pour certaines études cliniques et fournit une justification pour les innovations futures.
Introduction
L'ammoniac est un sous-produit ubiquitaire du métabolisme des protéines 1. mesure de l'ammoniac peut donc aider les cliniciens à évaluer diverses maladies et états de bien-être 2. Cependant, l'ammoniac est difficile à mesurer avec précision, par le sang ou d'haleine, car il est très réactif. Bien que couramment utilisé, les tests sanguins présentent de nombreux inconvénients, y compris les préoccupations de base sur la précision 3. Mais le problème majeur avec les tests sanguins est la réalité que ne jamais ils ont recueilli de façon épisodique. Ceci est important parce que la physiologie de l'ammoniac, un peu comme le glucose dans le sang et de nombreux autres processus métaboliques, sont fluides et en constante évolution 4. En revanche, les tests d'haleine sont entièrement non-invasive et rapide, ce qui permet facilement de mesures répétées. Ainsi, la mesure de l'ammoniac de souffle est intéressante, car elle peut répondre à un besoin non satisfait grave d'une manière unique.
collection Breath, présente toutefois des préoccupations particulières. Considérant que la saignée porte intrinsèquement le jeopardy d'erreur de plusieurs manières imprévisibles (par exemple, le temps garrot, la contamination de la sueur, l'hémolyse des globules, retard dans la mesure de laboratoire, etc 5), les chercheurs de mesure du souffle doit composer avec un groupe différent, de nouveaux défis: la variabilité dans la respiration, la contamination par la muqueuse buccale ou de l'ammoniac bactérienne, l'influence de l'air ambiant et un appareil humidité et de température, etc 6. En effet, il est imprudent de sous-estimer la tâche dans la connexion de matériel expérimental pour les humains en utilisant des procédures expérimentales pour découvrir la biologie inconnu. En partie en raison de ces obstacles, le souffle de l'ammoniac n'a pas encore atteint son potentiel.
Ici, nous vous présentons notre protocole de mesure de l'ammoniac de souffle pour des résultats rapides et précis. Notre protocole a la force dans trois domaines: le moniteur, l'échantillonneur de l'interface, et l'attention sur les influences humaines. Le moniteur a été construit par des collègues de l'Université Rice, comme décrit précédemment 7. La base de la measurement une amélioration de la spectroscopie photoacoustique de quartz (QEPAS) technique qui emploie un piézoélectrique diapason de quartz comme un transducteur acoustique. Effet photo-acoustique se produit lorsque les ondes acoustiques sont produites par l'absorption du rayonnement laser modulé par des espèces de gaz en traces cibles. Le gaz marqueur est détecté en utilisant une cellule acoustique qui est acoustiquement résonnante à la fréquence modulée. Une longueur d'onde d'absorption de l'ammoniac a été choisi qui est libre d'interférences spectrales d'interférer espèces en haleine. Aux fins de la mesure de l'air expiré humaine, les principales caractéristiques du moniteur comprennent une large gamme de mesure (de ~ 50 parties par milliard, ppb à au moins 5000 ppb) et la vitesse (1 mesures sec). La vitesse de l'écran permet à résolution dans le temps tout au long du cycle de respiration.
Le moniteur est couplé à un échantillonneur de souffle spécialement conçu. L'échantillonneur se compose d'un capteur de pression et capnographe. Il affiche et Archives temps réeldes mesures de pression de la bouche et du dioxyde de carbone, ainsi que les concentrations d'ammoniac déterminées par le capteur. Cet échantillonneur, par conséquent, permet au technicien d'évaluer la qualité de l'effort de souffle que le souffle est recueilli. Cela nous permet de dépasser les recommandations pour l'analyse souffle de l'oxyde nitrique (NO Fe) proposé par le Groupe de travail de l'American Thoracic Society / European Respiratory Society (ATS / ERS) 8. Pour tous les échantillons d'haleine, une vanne à une voie disponible en ligne a été utilisé sur l'orifice d'embouchure de l'échantillonneur d'haleine.
En raison de la vitesse de l'écran et les contrôles de qualité fourni par l'échantillonneur, nous avons pu évaluer soigneusement les influences humaines 9. La plupart des sujets, par exemple, l'hyperventilation initialement sur instructions de respirer. D'autres influences importantes, telles que pH buccal et bains de bouche, les températures de l'échantillonneur, moniteur et tous les tubes associés, et le mode de respiration, ont ensuite été étudiés, et sont à la base for les expériences illustration ci-dessous.
Enfin, et peut-être plus important encore, il faut souligner que plusieurs groupes très expérimentés mesurent souffle ammoniac entièrement à l'aide de différents capteurs et méthodes de mesure. Ceux-ci peuvent avoir des avantages importants et validité. Une comparaison est complète au-delà de la portée de la présente 10,11,12 de travail.
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Protocole
1. Préparation des instruments
- Allumez l'alimentation externe à la plate-forme de capteur optique de l'ammoniac, contrôleur de diode laser, une unité électronique de commande sur mesure (CEU), l'échantillonneur de souffle, pompe à air, et un ordinateur portable.
- Vérifier que les deux gaz d'échappement et un ventilateur de refroidissement du capteur d'ammoniac sont en fonctionnement. NOTE: L'une est située à l'arrière de la sonde, le second se trouve à l'intérieur du capteur, qui est facilement accessible.
- S'assurer que le module de détection acoustique et la température aiguille de soupape sont à 38,0 ° C en contrôlant l'affichage digital situé sur le côté de la boîte de capteur d'ammoniac. Attendez environ 35 minutes à partir du moment que le capteur est fourni pour pouvoir la température se stabilise.
- Réglez la tubulure d'entrée et la température de l'embout à 55 ° C en cliquant sur le nom de l'icône "ChangeT" trouvé sur le bureau de l'échantillonneur de souffle. La température peut alors être changée en cliquant sur la flèche vers le haut ou vers le bas puis en cliquant sur "Updmangé Temp ". Cliquez sur "Exit" pour revenir au bureau. Permettre au système d'au moins 5 min à la température de se stabiliser. Le maintien de la température de l'échantillonneur et les tubes à 55 ° C minimise la perte d'ammoniac de surface.
- Ouvrir le logiciel sur l'ordinateur qui commande le capteur d'ammoniac. Le programme peut être consulté dans un dossier nommé "NH 3 Breath Programme capteur" sur le bureau. Dans ce dossier, l'utilisateur doit sélectionner l'icône "logiciel LabVIEW principale". Ce dossier contient plusieurs applications, mais l'utilisateur doit sélectionner "Mainsequence.vi" pour accéder à l'interface souhaitée. Sélectionnez «run» dans le coin supérieur gauche de l'écran. NOTE: Cela commence la ligne de verrouillage séquence d'étalonnage. Le laser de l'écran QEPAS fonctionne sur un courant optimal, qui est choisi au cours d'une procédure de verrouillage de ligne automatisée. Ce processus prendra environ 25 minutes.
- Créer une nouvelle session sur l'échantillonneur tels que eaobjet session ch dispose de son propre fichier enregistré sur un lecteur flash ci-joint. NOTE: Ceci est réalisé par l'ouverture du programme "Breath Sampler" trouvé sur le bureau de l'échantillonneur. Il ya un espace pour identifier la session appropriée. Toutes les données obtenues au cours de la session seront enregistrés dans le lecteur flash sous cet identifiant. Le jour de l'expérience, est généralement utilisé comme une partie du nom de fichier. L'entrée et la température de l'embout buccal doivent être réglées avant d'entrer dans le programme souffle-échantillonnage.
- Insérez un nouveau porte-parole disponible dans le tuyau d'entrée. Porter des gants jetables pour éviter la contamination embout avec de l'ammoniac à partir de doigts.
2. Souffle de prélèvement des échantillons
NOTE: Le comité d'examen institutionnel pertinent (comité d'éthique) doit approuver toute étude sur des sujets humains. Il ya beaucoup de facteurs qui peuvent influencer considérablement le souffle de l'ammoniac. Ces facteurs peuvent modifier les mesures d'ammoniac souffle directement par unffecting niveaux d'ammoniac systémiques ou en affectant le voyage de métabolites de respiration des poumons à l'instrumentation.
- Assurez sujets arrivent au laboratoire dans un état de jeûne, après avoir consommé aucune nourriture pendant environ 12 heures à l'arrivée et qu'ils se sont abstenus de l'exercice le matin avant le test.
- Assurez-vous qu'aucune substance a été introduite dans la bouche pendant au moins 1 heure avant la collecte des données. Veiller à ce que les sujets se brossent les dents supérieure à 1 heure avant le test.
- Seat l'objet devant le capteur d'ammoniac. Demandez au sujet de tenir le tuyau d'entrée, et assurez-vous qu'ils ne touchent pas l'embout buccal pour éviter la contamination de l'ammoniac.
- Cliquez sur "Démarrer" sur l'interface de l'échantillonneur. Avez-sujet expirer dans l'embout buccal pour aussi longtemps qu'ils le peuvent, ou jusqu'à ce que l'opérateur estime que l'échantillon soit suffisante. NOTE: Il s'agit d'une seule expiration plein durant au moins 10 secondes. pression de la bouche est mesurée en temps réel comme un substitutpour le débit. Un manomètre à code couleur aide le sujet produisent et maintiennent la pression d'expiration souhaitée de 10 cm d'eau, ce qui représente un taux de 50 ml / s de débit expiratoire. Ce débit a été choisi car il a été adopté par l'ATS / ERS pour le protocole pour déterminer Fe NO. Ce débit expiratoire est réalisable par les enfants et les adultes. De la même façon trois exhalations reproductibles peuvent être obtenus qui diffèrent de moins de 10%.
- Cliquez sur "Stop" sur l'interface de l'échantillonneur lorsque l'échantillon d'haleine est terminée.
3. Un échantillon d'haleine mesure
- Une fois un échantillon d'haleine a été analysé, le technicien de laboratoire d'utiliser le moniteur a alors la capacité d'analyser n'importe quel segment de ce profil de souffle. Le passage de la respiration qui est d'intérêt est le segment de phase III. Elle est caractérisée par un "plateau" de la concentration en dioxyde de carbone et se trouve au milieu de stade tardif de la BREath.
- Sélectionnez la partie III phase de l'échantillon en faisant glisser les lignes verticales sur l'interface de l'échantillonneur de commencer lorsque les plateaux de dioxyde de carbone et d'arrêter juste avant la chute de pression du souffle. Voir la Figure 1 pour des précisions.
- Enregistrez les données sur le lecteur flash en cliquant sur "Store" sur l'interface de l'écran tactile échantillonneur.
- Une fois les données d'haleine ont été stockés, l'utilisateur peut sélectionner "Démarrer" pour lancer un nouvel échantillon d'haleine.
4. Illustrant les effets de bain de bouche et du pH sur Breath ammoniac
- Exemple de 3 respirations pour établir le niveau de base d'ammoniac. S'assurer que les respirations sont prises au moins 5 minutes l'un de l'autre.
- Rincer soigneusement la bouche avec un 30 ml aliquote de l'eau pendant 60 secondes.
- Prélever un échantillon d'haleine dans les 60 secondes de rinçage (Section 2). Prélever des échantillons d'haleine au cours de la prochaine heure pour observer le changement dans l'ammoniac au fil du temps. REMARQUE: Samples peut être pris aussi souvent que chaque minute, mais des intervalles plus longs sont généralement utilisés.
- Rincer soigneusement la bouche avec un 30 ml aliquote de la solution de base (bicarbonate de sodium dans l'eau) pendant 60 secondes et répétez 4.2.1.
- Rincer soigneusement la bouche avec un 30 ml aliquote de la solution acide pendant 60 secondes et répétez 4.2.1.
5. Illustrant les effets de l'entrée et des transports tubes températures sur Breath ammoniac
- Exemples trois respirations au cours de 15 min avec la température d'entrée fixés au-dessous de la température du corps, d'environ 30 ° C.
- Augmenter la température des tubulures d'entrée et de transport à 55 ° C respectivement en utilisant une icône du bureau sur l'interface de l'écran tactile de l'échantillonneur de souffle. Laisser le système au moins 5 minutes pour atteindre l'état d'équilibre.
- Échantillon 3 respirations, 5 min à part dans l'entrée chauffée.
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Résultats
Les sujets peuvent être tenus de produire un large éventail de niveaux d'ammoniac à couper le souffle de base. Personnes en bonne santé peuvent commencer la journée avec une mesure de l'ammoniac de souffle de 100-1,000 ppb. Rincer la bouche avec tout fluide change immédiatement le montant de l'ammoniac décelable souffle. Généralement fluides neutres et acides couper la quantité d'ammoniac observable par plus de la moitié. Ces niveaux retournent ensuite à la ligne de base que les effets de l'eau de ri...
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Discussion
Les avantages d'une procédure non invasive capable de détecter les métabolites de trace en temps réel sont évidents. Cependant, le domaine de la recherche de souffle a du mal à réaliser ce potentiel. mesure de la respiration est un processus dynamique vulnérables à de nombreux facteurs de confusion. Notre approche a des atouts importants: en particulier, la sensibilité et la vitesse du riz QEPAS ammoniac basé sur le moniteur couplé à l'échantillonneur de souffle nous ont permis d'évaluer et d'identifier ...
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Déclarations de divulgation
Le Dr Risby est consultant pour Loccioni Humancare, le fabricant de l’échantillonneur d’haleine.
Remerciements
Les auteurs reconnaissent l'appui financier de la National Science Foundation (NSF) accorder CEE-0540832 intitulé "Technologies mi-infrarouge pour la santé et l'environnement (MIRTHE)"
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Système de surveillance à l’ammoniac de riz | N/A | N/A | Non disponible pour l’achat commercial |
| Loccioni Breath Sampler Loccioni | Humancare | N/A | Version à respiration unique |
| Embout buccal jetable | WestPrime Healthcare | G011-200 | Le fabricant est AlcoQuant |
| Laptop | Lenovo | N/A L’ancien | modèle n’est plus vendu par le fabricant |
| Acid Rinçage | N/A | N/A | Boisson acide domestique (café, boisson gazeuse, jus d’agrumes, etc) |
| Rinçage de base | N/A | N/A | Eau mélangée à une quantité inexacte de bicarbonate de sodium (Arm & Marteau, bicarbonate de soude) |
| Neutre Rinçage | N/A | N/A | Eau |
Références
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Réimpressions et autorisations
