Veloce e preciso espirata Ammoniaca misura

Sommario

L'ammoniaca è un importante metabolita fisiologico rilevante per vari stati di malattia e benessere. È anche una molecola difficile da misurare nel respiro, che richiede l'adozione di particolari precauzioni per ottenere risultati accurati. Non tutti i fattori che influenzano l'ammoniaca sono noti, ma il progresso può essere difficile senza tenere conto di questi fattori.

Abstract

Questo metodo di ammoniaca espirata utilizza un metodo spettroscopico veloce e altamente sensibile noto come spettroscopia fotoacustica potenziata al quarzo (QEPAS) che utilizza un laser basato su cascata quantica. Il monitor è accoppiato a un campionatore che misura la pressione della bocca e l'anidride carbonica. Il sistema è a temperatura controllata e specificamente progettato per affrontare la reattività di questo composto. Il campionatore fornisce un feedback immediato al soggetto e al tecnico sulla qualità dello sforzo del respiro. Insieme al rapido tempo di risposta del monitor, questo sistema è in grado di misurare con precisione l'ammoniaca espirata rappresentativa dei livelli sistemici polmonari profondi.

Poiché il sistema è facile da usare e produce risultati in tempo reale, ha permesso agli esperimenti di identificare i fattori che influenzano le misurazioni. Ad esempio, il collutorio e il pH orale influenzano in modo riproducibile e significativo i risultati e quindi devono essere controllati. La temperatura e la modalità di respirazione sono altri esempi. Man mano che la nostra comprensione di questi fattori si evolve, l'errore si riduce e gli studi clinici diventano più significativi. Questo sistema è molto affidabile e le misurazioni individuali sono poco costose.

Il campionatore è relativamente economico e abbastanza portatile, ma il monitor non è né l'uno né l'altro. Ciò limita le opzioni per alcuni studi clinici e fornisce razionalità per le innovazioni future.

Introduzione

L'ammoniaca è un sottoprodotto ubiquitario della proteina metabolismo ^1. Misurazione ammoniaca può quindi aiutare i medici a valutare varie malattie e stati di benessere ^2. Tuttavia, l'ammoniaca è difficile misurare con precisione, attraverso il sangue o soffio, perché è molto reattiva. Anche se comunemente usato, analisi del sangue hanno numerosi inconvenienti, tra cui preoccupazioni fondamentali circa la precisione ^3. Ma il problema principale con analisi del sangue è la realtà che sempre e solo episodicamente raccolti. Questo è importante perché ammoniaca fisiologia, molto simile glicemia e molti altri processi metabolici, sono fluide e in continuo cambiamento ^4. Al contrario, le analisi del respiro sono completamente non invasivo e rapido, quindi facilmente consentendo misure ripetute. Pertanto, la misurazione ammoniaca respiro è interessante perché può rivolgere un serio bisogno insoddisfatto in un modo unico.

Raccolta Breath, tuttavia, presenta problemi particolari. Considerando che il salasso porta intrinsecamente il JEOPardy di errori in diversi modi imprevedibili (ad esempio, il tempo laccio emostatico, la contaminazione sudore, emolisi dei globuli, ritardo nella misura di laboratorio, ecc ^5), i ricercatori di misurazione respiro deve vedersela con un gruppo diverso di nuove sfide: la variabilità nella respirazione, la contaminazione con mucosa orale o ammoniaca batterica, influenza dell'aria ambiente ed apparecchi umidità e temperatura, ecc ^6. Infatti, non è saggio sottovalutare il compito di collegare dispositivi sperimentali per gli esseri umani utilizzando procedure sperimentali per scoprire sconosciuti biologia. In parte a causa di questi ostacoli, il respiro di ammoniaca non ha ancora raggiunto il suo potenziale.

Qui, vi presentiamo il nostro protocollo di misura ammoniaca respiro per risultati veloci e accurati. Il nostro protocollo ha la forza in tre aree: il monitor, il campionatore interfaccia, e l'attenzione alle influenze umane. Il monitor è stato costruito dai colleghi della Rice University come descritto in precedenza ^7. La base del MEAsurement è una spettroscopia fotoacustica rafforzata quarzo (QEPAS) tecnica che impiega un diapason quarzo piezoelettrico come un trasduttore acustico. Effetto fotoacustico si verifica quando le onde acustiche sono prodotte dall'assorbimento di radiazione laser modulata da gas in tracce bersaglio. Il gas di traccia viene rilevato utilizzando una cella acustico che è acusticamente risonante alla frequenza modulata. Lunghezza d'onda di assorbimento per l'ammoniaca è stata selezionata che è libero da interferenze spettrali da interferire specie respiro. Ai fini della misurazione respiro esalato umano, le principali caratteristiche del monitor comprendono una vasta gamma di misura (da circa 50 parti per miliardo, ppb di almeno 5.000 ppb) e velocità (1 misurazioni sec). La velocità del monitor ha la risoluzione temporale durante il ciclo respiratorio.

Il monitor è accoppiato ad un campionatore respiro appositamente progettato. Il campionatore è costituito da un sensore di pressione e capnografo. Esso mostra e archivia in tempo realemisure di pressione bocca e anidride carbonica, nonché le concentrazioni di ammoniaca determinata dal sensore. Questo campionatore, dunque, consente al tecnico di valutare la qualità dello sforzo respiro come il respiro è raccolto. Questo ci permette di superare le raccomandazioni per analizzare il respiro di ossido nitrico _(NO Fe) proposto dalla Task Force della American Thoracic Society / European Respiratory Society (ATS / ERS) ^8. Per tutti campionamento di aria espirata, una valvola unidirezionale monouso in linea è stato usato sulla porta bocca del campionatore respiro.

A causa della velocità del monitor e dei controlli di qualità fornito dal campionatore, siamo stati in grado di valutare con attenzione le influenze umane ^9. La maggior parte dei soggetti, per esempio, inizialmente iperventilazione quando richiesto per respirare. Altre influenze importanti, come il pH orale e collutori, temperature del campionatore, monitor e tutti i tubi associati, e le modalità di respirazione, sono stati poi studiati, e sono la base for gli esperimenti riportati qui di seguito.

Infine, e forse più significativamente, si deve sottolineare che più gruppi di grande esperienza stanno misurando respiro ammoniaca utilizzando completamente diversi sensori e procedure di misurazione. Queste possono avere importanti vantaggi e validità. Un confronto completo è oltre la portata del presente ^10,11,12 lavoro.

Protocollo

1. Preparazione degli strumenti

1. Accendere l'alimentatore esterno per l'ammoniaca piattaforma sensore ottico, un controller per diodo laser, una unità elettronica di controllo personalizzato costruito (CEU), il campionatore respiro, pompa di aria, e computer portatile.
2. Verificare che sia lo scarico e ventole di raffreddamento del sensore di ammoniaca sono in funzione. NOTA: Uno si trova nella parte posteriore del sensore, il secondo si trova all'interno del sensore, che è facilmente accessibile.
3. Assicurano il modulo di rilevamento acustico e temperatura valvola a spillo sono a 38,0 ° C controllando il display digitale posizionato sul lato della scatola sensore ammoniaca. Attendere circa 35 minuti dal momento in cui il sensore è fornito di alimentazione per la temperatura si stabilizzi.
4. Set di tubi e temperatura di ingresso boccaglio a 55 ° C, cliccando sul nome di un icona "ChangeT" che si trova sul desktop del campionatore respiro. La temperatura può essere modificata facendo clic sulla freccia su o giù, seguito cliccando su "Updmangiato Temp ". Fare clic su "Esci" per tornare al desktop. Lasciare che il sistema almeno 5 minuti per la temperatura si stabilizzi. Mantenere la temperatura del campionatore e il tubo a 55 ° C minimizza la perdita superficie di ammoniaca.
5. Aprire il software sul computer portatile che controlla il sensore ammoniaca. Il programma può essere raggiunto all'interno di una cartella denominata "NH ₃ Breath programma Sensor" sul desktop. All'interno di questa cartella, l'utente deve selezionare l'icona "principali software labview". Questa cartella contiene diverse applicazioni, ma l'utente deve selezionare "Mainsequence.vi" per accedere all'interfaccia desiderata. Selezionare "run" nell'angolo in alto a sinistra dello schermo. NOTA: Questo inizia la linea di blocco sequenza di taratura. Il laser del monitor QEPAS opera su una corrente ottimale, che viene selezionato durante una procedura di linea-bloccaggio automatico. Questo processo richiederà circa 25 min.
6. Creare una nuova sessione sul campionatore tale che EAch sessione soggetto ha un proprio file che viene salvato in un flash drive collegata. NOTA: Questa operazione viene eseguita aprendo il programma "Respiro Sampler" che si trova sul desktop del campionatore. C'è spazio per identificare la sessione appropriato. Tutti i dati generati durante la sessione verranno salvati nella flash drive sotto questo identificativo. La data dell'esperimento viene in genere utilizzato come parte del nome del file. L'ingresso e temperatura boccaglio devono essere regolati prima di entrare nel programma respiro-campionamento.
7. Inserire un nuovo boccaglio monouso nel tubo di aspirazione. Indossare guanti monouso per evitare di contaminare boccaglio con ammoniaca dalle dita.

2. Breath Raccolta dei campioni

NOTA: La competente Institutional Review Board (Comitato Etico) deve approvare qualsiasi studio che coinvolge soggetti umani. Ci sono molti fattori che possono influenzare drasticamente respiro ammoniaca. Questi fattori possono alterare respiro misurazioni ammoniaca direttamente da unffecting livelli di ammoniaca sistemici o modificando il viaggio di metaboliti respiro dai polmoni alla strumentazione.

1. Assicurarsi che i soggetti arrivano al laboratorio in uno stato di digiuno, dopo aver consumato cibo per circa 12 ore all'arrivo e che hanno evitato di esercizio la mattina prima del test.
2. Assicurarsi che nessuna sostanza è stato introdotto in bocca per almeno 1 ora prima della raccolta dei dati. Assicurarsi che i soggetti lavano i denti superiori a 1 ora prima del test.
3. Sedile oggetto davanti al sensore ammoniaca. Istruire il soggetto a tenere il tubo di aspirazione, e assicurarsi che non tocchino il boccaglio per evitare la contaminazione di ammoniaca.
4. Fare clic su "Start" sull'interfaccia campionatore. Hanno il soggetto espirare nel boccaglio a lungo possibile, o fino a quando l'operatore ritiene il campione sia sufficiente. NOTA: Questo è un singolo espirazione completa della durata di almeno 10 sec. Pressione bocca viene misurata in tempo reale come un surrogatoper la portata. Un manometro codice colore aiuta i prodotti tematici e mantenere la pressione di espirazione desiderata di 10 cm di acqua, con un tasso di flusso di espirazione di 50 ml / sec. Questo flusso è stato scelto in quanto è stato adottato dal ATS / ERS per il protocollo per determinare Fe _NO. Questo tasso di flusso espiratorio è realizzabile da bambini e adulti. Allo stesso modo tre esalazioni riproducibili devono essere ottenuti che differiscono di meno del 10%.
5. Fare clic su "Stop" sull'interfaccia campionatore quando il campione di aria espirata è completata.

3. Campione di respiro misura

1. Una volta che un campione di aria espirata è stato analizzato, il tecnico di laboratorio funzionare il monitor ha quindi la capacità di analizzare qualsiasi segmento di tale profilo respiro. La porzione del respiro che è di interesse è il segmento di fase III. Questa è caratterizzata da un "plateau" della concentrazione di anidride carbonica e si trova al centro di fase tardiva della breath.
2. Selezionare la fase III porzione del campione trascinando le linee verticali sull'interfaccia campionatore per iniziare quando altipiani di anidride carbonica e fermare subito prima della caduta di pressione del respiro. Vedere la Figura 1 per chiarimenti.
3. Salvare i dati sul flash drive cliccando su "Store" sull'interfaccia campionatore touch screen.
4. Una volta che i dati sono stati memorizzati respiro, l'utente può selezionare "start" per avviare un nuovo campione di respiro.

4. Illustra gli effetti del Collutorio e del pH sulla Breath Ammoniaca

1. Campione 3 respiri per stabilire il livello di ammoniaca di base. Assicurarsi che respiri vanno prelevati almeno 5 minuti l'uno dall'altro.
2. Sciacquare accuratamente la bocca con un'aliquota di 30 ml di acqua per 60 sec.
3. Raccogliere un campione di respiro entro 60 secondi del risciacquo (sezione 2). Raccogliere campioni di aria espirata nel corso della prossima ora ad osservare la variazione di ammoniaca nel tempo. NOTA: Samples può essere preso come frequentemente come ogni minuto, ma intervalli più lunghi sono tipicamente utilizzati.
4. Sciacquare la bocca con una aliquota di 30 ml di soluzione di base (bicarbonato di sodio in acqua) per 60 sec e ripetere 4.2.1.
5. Sciacquare la bocca accuratamente con una aliquota di 30 ml di soluzione acida per 60 secondi e ripetere 4.2.1.

5. Illustra gli effetti del Inlet e dei Trasporti tubi Temperature in Breath Ammoniaca

1. Esempi tre respiri nel corso di 15 min con la temperatura di ingresso impostati sotto della temperatura corporea, circa 30 ° C.
2. Aumentare le temperature di ingresso e tubi di trasporto a 55 ° C, rispettivamente con una icona sul desktop sull'interfaccia touch screen del campionatore respiro. Lasciare che il sistema almeno 5 min per raggiungere lo stato stazionario.
3. Esempio 3 respiri, 5 min a parte nella presa riscaldata.

Risultati

I soggetti possono essere tenuti a produrre una vasta gamma di livelli basali di ammoniaca respiro. Individui sani possono iniziare la giornata con una misura di ammoniaca soffio di 100-1.000 ppb. Sciacquare la bocca con il liquido cambia immediatamente l'importo delle rilevabile respiro ammoniaca. Liquidi neutri e acidi in genere tagliare la quantità di ammoniaca osservabile di oltre la metà. Questi livelli poi ritornano ai valori basali come gli effetti del risciacquo svanisce. Gli effetti di acqua sembrano dissip...

Discussione

I vantaggi di una procedura non invasiva in grado di rilevare metaboliti traccia in tempo reale sono evidenti. Tuttavia, il campo della ricerca fiato ha lottato per adempiere a tale potenziale. Misurazione Breath è un processo dinamico vulnerabile a molti fattori confondenti. Il nostro approccio ha importanti punti di forza: in particolare, la sensibilità e la velocità del monitor ammoniaca basato Rice QEPAS accoppiato al campionatore respiro ci hanno permesso di valutare ed identificare respiro fattori raccolta germano...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Sistema di monitoraggio dell'ammoniaca di riso	N/A	N/A	Non disponibile per l'acquisto commerciale
Campionatore di respiro Loccioni	Humancare	N/A	Versione a respiro singolo
Boccaglio monouso	WestPrime Healthcare	G011-200	Il produttore è AlcoQuant
Laptop	Lenovo	N/A	Vecchio modello non più venduto dal produttore
Acido Risciacquo	N/A	N/A	Bevanda acida per uso domestico (caffè, bibita, succhi di agrumi, ecc.)
Risciacquo base	N/A	N/A Acqua	miscelata con una quantità non esatta di bicarbonato di sodio (Braccio & Hammer Bicarbonato di sodio)
Risciacquo neutro	N/A	N/A	Acqua