מדידת אמוניה מהירה ומדויקת נשף נשימה

סיכום

אמוניה היא מטבוליט פיזיולוגי חשוב הרלוונטי למצבי מחלה ובריאות שונים. זוהי גם מולקולה קשה למדידה בנשימה, מה שדורש לנקוט באמצעי זהירות מיוחדים כדי להשיג תוצאות מדויקות. לא כל הגורמים המשפיעים על אמוניה ידועים, אך ההתקדמות יכולה להיות קשה מבלי לקחת בחשבון גורמים אלה.

תקציר

שיטת אמוניה בנשימה זו משתמשת בשיטה ספקטרוסקופית מהירה ורגישה ביותר המכונה ספקטרוסקופיה פוטו-אקוסטית משופרת קוורץ (QEPAS) המשתמשת בלייזר מבוסס מפל קוונטי. המוניטור מחובר לדגימה המודדת לחץ בפה ופחמן דו חמצני. המערכת מבוקרת טמפרטורה ותוכננה במיוחד כדי לטפל בתגובתיות של תרכובת זו. הסמפלר מספק משוב מיידי לנבדק ולטכנאי על איכות מאמץ הנשימה. יחד עם זמן התגובה המהיר של המוניטור, מערכת זו מסוגלת למדוד במדויק אמוניה בנשיפה המייצגת רמות מערכתיות ריאתיות עמוקות.

מכיוון שהמערכת קלה לשימוש ומייצרת תוצאות בזמן אמת, היא אפשרה לניסויים לזהות גורמים המשפיעים על המדידות. לדוגמה, שטיפת פה ו-pH בפה משפיעים באופן שחזורי ומשמעותי על התוצאות ולכן יש לשלוט בהם. טמפרטורה ואופן הנשימה הם דוגמאות נוספות. ככל שהבנתנו את הגורמים הללו מתפתחת, הטעויות מצטמצמות והמחקרים הקליניים הופכים למשמעותיים יותר. מערכת זו אמינה מאוד ומדידות בודדות אינן יקרות.

הסמפלר זול יחסית ונייד למדי, אבל המסך אינו אף אחד מהם. זה מגביל את האפשרויות למחקרים קליניים מסוימים ומספק רציונל לחידושים עתידיים.

מבוא

אמוניה היא תוצר לוואי נפוץ של חילוף חומרים של חלבון ^1. מדידת אמוניה ולכן יכולה לעזור לרופאים להעריך מחלה שונות ומדינות בריאות ^2. עם זאת, אמוניה קשה למדוד במדויק, באמצעות דם או נשימה, כי זה מאוד תגובתי. למרות שימוש נפוץ, יש מבחני דם רבים חסרונות, כוללים חששות בסיסיים על דיוק ^3. אבל הבעיה העיקרית עם מבחני דם היא המציאות שהם היחידים שאי פעם נאספו episodically. זה חשוב כי הפיסיולוגיה אמוניה, בדומה לרמת סוכר בדם ותהליכים מטבוליים רבים אחרים, הן נזילות ומשתנה ^4. לעומת זאת, מבחני נשימה באופן מלא לא פולשנית ומהיר, ובכך בקלות ומאפשרים צעדים חוזרים ונשנים. לפיכך, מדידת אמוניה נשימה היא אטרקטיבית משום שהוא עשוי לענות על צורך שלא סופקו רציני בדרך ייחודית.

אוסף נשימה, לעומת זאת, מציג את החששות ייחודיים. ואילו phlebotomy מטבע נושא את jeopardy של טעות במספר דרכים בלתי צפויות (לדוגמא, זמן חוסם עורקים, זיהום זיעה, המוליזה של תאי דם, עיכוב במדידת מעבדה, וכו ^'5), חוקרי מדידת נשימה צריך להתמודד עם קבוצה שונה של אתגרי רומן: השתנות בנשימה, זיהום ברירית פה או אמוניה חיידקים, השפעה של לחות באוויר ומכשירי סביבה וטמפרטורה, וכו ^'6. ואכן, זה לא חכם לזלזל במשימה בחיבור ציוד ניסיוני לבני אדם באמצעות הפרוצדורות לגלות ביולוגיה לא ידועה. בין שאר בשל המכשולים הללו, האמוניה נשימה עדיין לא פגשה את הפוטנציאל שלה.

בזאת, אנו מציגים פרוטוקול מדידת האמוניה הנשימה שלנו לתוצאות מהירות ומדויקות. יש הפרוטוקול שלנו יש כוח בשלושה תחומים: צג, סמפלר הממשק, ותשומת לב להשפעות האדם. הצג נבנה על ידי עמיתיו באוניברסיטת רייס ^כ7 שתוארו קודם לכן. הבסיס של מאהsurement היא ספקטרוסקופיה photoacoustic המשופרת קוורץ טכניקה (QEPAS) שמעסיקה קוורץ קולן פיזואלקטריים כמתמר אקוסטי. אפקט photoacoustic מתרחש כאשר גלים אקוסטיים המיוצרים על ידי קליטתם של קרינת לייזר מווסתת על ידי מיני גז עקבות יעד. גז העקבות הוא זוהה באמצעות תא אקוסטי שהוא בחינה אקוסטית תהודה לתדר מאופנן. אורך גל קליטה לאמוניה נבחר כי הוא חופשי מהפרעות רפאים מהתערבות מינים בנשימה. לצורך מדידת נשיפה האנושית, התכונות העיקריות של המוצר כוללות מגוון רחב מדידה (מ ~ 50 חלקים למיליארד, ppb לppb לפחות 5,000) ומהירות (מדידות 1 שניות). המהירות של הצג מאפשרת רזולוציה זמן לאורך כל מחזור הנשימה.

הצג מצמידים סמפלר נשימה במיוחד. סמפלר מורכב מחיישן לחץ וcapnograph. הוא מציג וארכיונים בזמן אמתמדידות של לחץ פה ופחמן דו חמצני, כמו גם ריכוזי האמוניה שנקבעו על ידי החיישן. סמפלר זה, אם כן, מאפשר לטכנאי כדי להעריך את האיכות של מאמץ הנשימה כמו הנשימה נאסף. זה מאפשר לנו לחרוג מההמלצות לניתוח תחמוצת חנקן נשימה (Fe _NO) שהוצעה על ידי כוח המשימה של האגודה / חברת הנשימה האירופית האמריקנית בית החזה ⁸ (ATS / ERS). עבור כל דגימת הנשימה, בכיוון אחד שסתום בקו חד פעמי היה בשימוש ביציאת הפה של סמפלר הנשימה.

בגלל המהירות של הצג ובקרת האיכות המסופק על ידי סמפלר, היינו יכול להעריך בזהירות השפעות אדם ^9. רוב הנבדקים, למשל, בתחילה להתנשף כשהורו לנשימה. השפעות חשובות נוספות, כגון pH ופה אוראליים שטיפות, טמפרטורות של סמפלר, הצג וכל צינורות הקשורים, ומצב של נשימה, היו אז למדו, ומהווה את הבסיס עבורr הניסויים להמחשה בהמשך.

לבסוף, ואולי הכי משמעותי, יש להדגיש שקבוצות מנוסים מאוד מרובות מדידת אמוניה נשימה באמצעות חיישנים שונים לגמרי ונהלי מדידה. ייתכן שיש להם יתרונות ותוקף חשובים. השוואה מלאה היא מעבר להיקף של ^10,11,12 העבודה הנוכחי.

פרוטוקול

1. הכנת מכשירים

1. הפעל את אספקת החשמל החיצונית לפלטפורמת החיישן אופטי האמוניה, בקר דיודת לייזר, יחידה שנבנתה בהזמנת אלקטרוניקה שליטה (CEU), סמפלר הנשימה, משאבת אוויר, ומחשב נייד.
2. ודא ששתי הפליטה ומאווררי קירור של חיישן האמוניה פועלים. הערה: אחד ממוקמת בחלקו האחורי של החיישן, השני נמצאת בתוך החיישן, שהוא נגיש.
3. להבטיח את מודול זיהוי אקוסטי וטמפרטורת שסתום מחט נמצאות ב38.0 ° C על ידי בדיקת התצוגה הדיגיטלית הממוקמת בצד של תיבת חיישן אמוניה. המתן כ35 דקות מרגע שהחיישן מסופק חשמל לטמפרטורה להתייצב.
4. הגדר צינורות יניקה וטמפרטורת שופר ל55 ° C על ידי לחיצה על שם סמל "ChangeT" נמצא על שולחן העבודה של סמפלר הנשימה. הטמפרטורה ואז ניתן לשנות על ידי לחיצה על החץ למעלה או למטה ואחרי לחיצה על "UPDאכלתי Temp ". לחץ על "יציאה" כדי לחזור לשולחן העבודה. לאפשר למערכת לפחות 5 דקות לטמפרטורה להתייצב. שמירה על הטמפרטורה של סמפלר וצינורות ב55 ° C ממזערת את האובדן של אמוניה פני השטח.
5. פתח את התוכנה על המחשב הנייד השולט על חיישן האמוניה. ניתן לגשת אל התכנית בתוך תיקייה בשם "תכנית NH ₃ נשימת חיישן" על שולחן העבודה. בתוך תיקייה זו, על המשתמש לבחור את האייקון של "תוכנת LabVIEW העיקרית". תיקייה זו מכילה מספר יישומים, אבל המשתמש חייב לבחור "Mainsequence.vi" כדי לגשת לממשק הרצוי. בחר "לרוץ" בפינה השמאלית העליונה של המסך. הערה: זה מתחיל בקו נעילת רצף כיול. הלייזר של צג QEPAS פועל על זרם אופטימלי, אשר נבחר בהליך נעילה אוטומטי קו. תהליך זה ייקח כ 25 דקות.
6. צור הפעלה חדשה על סמפלר כגון שeaיש ישיבה כפופה ch קובץ משלה שנשמר כונן הבזק מצורף. הערה: זו מבוצעת על ידי פתיחת התכנית "דגם נשימה" נמצאה על שולחן העבודה של סמפלר. יש מקום לזהות את הפגישה כראוי. כל הנתונים שנוצרו במהלך הפגישה יישמרו בכונן הבזק תחת מזהה את זה. מועד הניסוי משמש בדרך כלל כחלק משם הקובץ. הכניסה וטמפרטורת שופר חייבת להיות מותאמת לפני הכניסה לתכנית הנשימה הדגימה.
7. הכנס שופר חד פעמי חדש לצינור הכניסה. יש להשתמש בכפפות חד פעמיות כדי למנוע זיהום שופר עם אמוניה מאצבעות.

2. אוסף דוגמאות נשימה

הערה: מוסדי המועצה לביקורת הרלוונטית (אתיקה הלוח) צריכה לאשר כל מחקר שיש בו בני אדם. ישנם גורמים רבים שיכולים להשפיע באופן דרסטי אמוניה נשימה. גורמים אלה יכולים לשנות מדידות אמוניה נשימה ישירות על ידיffecting רמות אמוניה מערכתיות או על ידי המשפיע על המסע של מטבוליטים נשימה מהריאות למכשור.

1. ודא נושאים מגיעים למעבדה במצב של צום, לאחר שצרכו אין אוכל כ -12 שעה עם הגעה וכי הם נמנעו מפעילות גופנית בבוקר לפני הבדיקה.
2. לוודא שאין חומר כבר הציג לתוך הפה במשך שעה לפחות 1 לפני איסוף הנתונים. להבטיח כי נושאים לצחצח את שיניהם גדולות מ 1 שעות לפני הבדיקה.
3. סיאט את הנושא מול חיישן האמוניה. הדריכו את הנושא כדי להחזיק את צינור הכניסה, ולוודא שהם לא נוגעים בשופר, כדי למנוע זיהום אמוניה.
4. לחץ על "התחל" על ממשק סמפלר. האם הנושא לנשוף לתוך הפומית כל עוד הם יכולים, או עד שימצא למפעיל את המדגם כדי להיות מספיק. הערה: זו נשיפה מלאה אחת הנמשכת לפחות 10 שניות. לחץ פה נמדד בזמן אמת כפונדקאילקצב זרימה. מד לחץ בצבעים מסייע תוצרת הנושא ולשמור על הלחץ רצוי הנשיפה של 10 ס"מ של מים, המייצג את זרימת נשיפת שיעור של 50 מיליליטר / שנייה. קצב זרימה זו נבחר שכן הוא אומץ על ידי ATS / ERS לפרוטוקול כדי לקבוע פה _לא. זרימת נשיפת שיעור זה הוא בר השגה על ידי ילדים ומבוגרים. כמו כן יש לקבל שלוש נשיפות לשעתק ששונות בפחות מ -10%.
5. לחץ על "עצור" בממשק סמפלר כאשר מדגם הנשימה הושלם.

3. מדידת מדגם נשימה

1. ברגע שמדגם נשימה כבר ניתח, טכנאי המעבדה הפועל בצג ואז יש לו את היכולת לנתח כל קטע של שפרופיל הנשימה. החלק מהנשימה שהיא העניין הוא הקטע בשלב III. זה מאופיין על ידי "רמה" בריכוז של פחמן דו חמצני, והוא נמצא באמצע לשלב מאוחר של BREATH.
2. בחר את החלק בשלב III של המדגם על ידי גרירת הקווים האנכיים על ממשק סמפלר להתחיל כאשר מישורים פחמן דו חמצני ולהפסיק ממש לפני הירידה בלחץ של הנשימה. ראה איור 1 להבהרה.
3. שמור את הנתונים בכונן פלאש על ידי לחיצה על "חנות" בממשק מגע סמפלר מסך.
4. לאחר נתוני הנשימה אוחסנו, המשתמש יכול לבחור "התחל" כדי ליזום מדגם נשימה חדש.

4. הממחיש את ההשפעות של פה יש לשטוף ו- pH על אמונית נשימה

1. לדוגמא 3 נשימות להקים את רמת אמוניה בתחילת המחקר. ודא שנשימות נלקחות לפחות 5 דקות זו מזו.
2. יש לשטוף את הפה ביסודיות עם aliquot 30 מיליליטר של מים ל60 שניות.
3. לאסוף דגימת נשימה בתוך 60 שניות של השטיפה (סעיף 2). איסוף דגימות נשימה במהלך השעה הקרובה כדי לבחון את השינוי באמוניה לאורך זמן. הערה: סםניתן לקחת ples באותה תדירות כמו מכל רגע, אבל מרווחים ארוכים יותר משמשים בדרך כלל.
4. שטוף את הפה ביסודיות עם aliquot 30 מיליליטר של תמיסה בסיסית (סודה לשתייה במים) ל60 שניות וחזור על 4.2.1.
5. שטוף את הפה ביסודיות עם aliquot 30 מיליליטר של תמיסה חומצית ל60 שניות וחזור על 4.2.1.

5. ממחיש את ההשפעות של טמפרטורות כניסה והתחבורה אבובים באמונית נשימה

1. שלוש נשימות המדגם במהלך 15 דקות עם טמפרטורת הכניסה מוגדרות מתחת לטמפרטורת גוף, כ 30 ° C.
2. להגדיל את הטמפרטורות של כניסה וצינורות הובלה ל55 ° C בהתאמה באמצעות סמל בשולחן עבודה על ממשק מסך מגע של דגם הנשימה. לאפשר למערכת לפחות 5 דקות כדי להגיע למצב יציב.
3. דוגמא 3 נשימות, מלבד 5 דקות לכניסה המחוממת.

תוצאות

ניתן לצפות נושאים לייצר מגוון רחב של רמות אמוניה נשימה בסיסיות. אנשים בריאים יכולים להתחיל את היום עם מדידת אמוניה נשימה של 100-1,000 ppb. שטפתי את הפה עם כל נוזל מייד משנה את כמות האמוניה נשימה לזיהוי. נוזלים ניטראליים וחומצי בדרך כלל לחתוך את כמות האמוניה נצפית על ידי יותר ממחצית. רמות אלה ולאחר מכן לחזור לנקודת התחלה כמו את ההשפעות של השטיפה פגה. נראות את ההשפעות של מים כדי לפזר בתוך 15 דקות, בעוד חומצה יכולה לשמור אמוניה נשימה לגילוי למינימום במשך שעה 2. שטיפה בסיסית, כגון סוד...

דיון

היתרונות של הליך פולשני מסוגל לאתר מטבוליטים עקבות בזמן אמת הם מובן מאליו. עם זאת, תחום מחקר נשימה נאבק כדי לממש את הפוטנציאל הזה. מדידת נשימה היא תהליך דינמי פגיע לגורמים מבלבלים רבים. יש הגישה שלנו עוצמות חשובות: דיוק, הרגישות והמהירות של צג האמוניה מבוססת רייס QEPAS מצמידים סמפלר הנשימה, אפשרו לנו להעריך ולזהות גורמי אוסף נשימה רלוונטיים למדידה מדויקת. גישה זו היא אמינה מאוד: למשל, לאחר כמה ניסויים ראשוניים, כל אחת מהנקודות כמעט 500 בודדות נשימת נתונים שנאספו בניסויים אחרונים ה...

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
מערכת מוניטור אמוניה אורז	N/A	N/A	לא זמין לרכישה מסחרית
Loccioni Breath Sampler	Loccioni Humancare	N/A	גרסת נשימה אחת
חתיכת פה חד פעמית	WestPrime Healthcare	G011-200	יצרן הוא מחשב נייד AlcoQuant
	Lenovo	N/A	דגם ישן שכבר לא נמכר על ידי היצרן
Acid שטיפה	N/A	N/A	משקה חומצי ביתי (קפה, שתייה קלה, מיצי הדרים וכו')
שטיפת בסיס	N/A	N/	A מים מעורבבים עם כמות לא מדויקת של נתרן ביקרבונט (Arm & סודה לשתייה האמר)
שטיפה ניטרלית	N/A	N/A	מים