A amônia é um importante metabólito fisiológico relevante para várias doenças e estados de bem-estar. É também uma molécula difícil de medir na respiração, o que exige cuidados especiais para obter resultados precisos. Nem todos os fatores que influenciam a amônia são conhecidos, mas o progresso pode ser difícil sem levar em conta esses fatores.
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Artigo de método
Medição Amônia ar exalado Rápido e Preciso
Neste artigo
Resumo
Resumo
Este método de amônia de respiração exalada usa um método espectroscópico rápido e altamente sensível conhecido como espectroscopia fotoacústica aprimorada por quartzo (QEPAS) que usa um laser baseado em cascata quântica. O monitor é acoplado a um amostrador que mede a pressão bucal e o dióxido de carbono. O sistema é controlado por temperatura e projetado especificamente para lidar com a reatividade deste composto. O amostrador fornece feedback imediato ao sujeito e ao técnico sobre a qualidade do esforço respiratório. Juntamente com o tempo de resposta rápido do monitor, este sistema é capaz de medir com precisão a amônia exalada representativa dos níveis sistêmicos do pulmão profundo.
Como o sistema é fácil de usar e produz resultados em tempo real, ele permitiu que experimentos identificassem fatores que influenciam as medições. Por exemplo, o enxaguante bucal e o pH oral afetam de forma reprodutível e significativa os resultados e, portanto, devem ser controlados. Temperatura e modo de respiração são outros exemplos. À medida que nossa compreensão desses fatores evolui, o erro é reduzido e os estudos clínicos se tornam mais significativos. Este sistema é muito confiável e as medições individuais são baratas.
O sampler é relativamente barato e bastante portátil, mas o monitor não é nenhum dos dois. Isso limita as opções para alguns estudos clínicos e fornece justificativa para inovações futuras.
Introdução
A amônia é um subproduto onipresente do metabolismo de proteínas 1. Medição de amônia, portanto, pode ajudar os médicos a avaliar várias doenças e estados de bem-estar 2. No entanto, a amônia é difícil medir com precisão, através do sangue ou de respiração, porque é muito reativo. Embora comumente usado, ensaios de sangue têm inúmeras desvantagens, incluindo preocupações básicas sobre precisão 3. Mas o grande problema com os ensaios de sangue é a realidade que eles só já recolhidas episodicamente. Isto é importante porque a fisiologia de amoníaco, bem como a glicose no sangue e muitos outros processos metabólicos, são fluidos e sempre em mudança 4. Em contraste, os ensaios de respiração são totalmente não-invasiva e rápida, permitindo assim facilmente medidas repetidas. Assim, a medição de amônia respiração é atraente porque pode dirigir uma necessidade não atendida sério de uma forma única.
Coleta de respiração, no entanto, apresenta preocupações específicas. Considerando flebotomia inerentemente leva o jeopardy de erro de várias maneiras imprevisíveis (por exemplo, tempo de torniquete, a contaminação suor, hemólise de glóbulos, atraso na medição de laboratório, etc 5), os pesquisadores de medição respiração devem lidar com um grupo diferente de novos desafios: variabilidade em respirar, a contaminação com mucosa bucal ou amoníaco bacteriana, a influência do ar e o aparelho de humidade e temperatura ambiente, etc 6. Na verdade, não é prudente subestimar a tarefa em conectar equipamentos experimentais para os seres humanos através de procedimentos experimentais para descobrir biologia desconhecida. Em parte devido a esses obstáculos, a respiração de amônia ainda não atingiu o seu potencial.
Aqui, apresentamos o nosso protocolo de medição de amônia respiração por resultados rápidos e precisos. Nosso protocolo tem força em três áreas: o monitor, o amostrador interface, e atenção para as influências humanas. O monitor foi construído por colegas da Universidade Rice, como descrito anteriormente 7. A base do measurement é um quartzo reforçada espectroscopia fotoacústica (QEPAS), técnica que emprega um piezoelétrico afinação quartzo garfo como um transdutor acústico. Efeito fotoacústico ocorre quando as ondas acústicas são produzidos pela absorção da radiação de laser modulado pelo tipo de gás de rastreio alvo. O gás traço é detectada através de uma célula acústica que é acusticamente ressonante com a freqüência modulada. Comprimento de onda de absorção de amônia foi selecionado que é livre de interferências espectrais de espécies interferentes na respiração. Para efeitos de medição de ar exalado humano, as principais funções do monitor incluem uma ampla faixa de medição (de ~ 50 partes por bilhão, ppb, pelo menos, 5.000 ppb) e velocidade (1 medições seg). A velocidade do monitor permite a resolução de tempo ao longo do ciclo de respiração.
O monitor está ligado a um amostrador respiração especialmente concebidos. O amostrador consiste de um sensor de pressão e capnógrafo. Ele exibe e arquivos em tempo realmedições de pressão na boca e dióxido de carbono, bem como as concentrações de amoníaco determinados pelo sensor. Este amostrador, por conseguinte, permite que o técnico para avaliar a qualidade de o esforço de respiração quando a respiração é recolhido. Isso nos permite ultrapassar as recomendações para analisar respiração óxido nítrico (NO Fe), proposto pela Força-Tarefa da American Thoracic Society / European Respiratory Society (ATS / ERS) 8. Para todos amostragem respiração, um one-way válvula descartável in-line foi usado na porta boca do amostrador respiração.
Por causa da velocidade do monitor e os controles de qualidade fornecido pelo sampler, fomos capazes de avaliar cuidadosamente as influências humanas 9. A maioria dos indivíduos, por exemplo, inicialmente hiperventilar quando instruído a respirar. Outras influências importantes, como o pH oral e enxaguatórios bucais, as temperaturas do sampler, do monitor e toda a tubulação associada, e modo de respiração, foram então estudadas, e são a base for os experimentos ilustrativos abaixo.
Finalmente, e talvez mais importante, deve-se enfatizar que vários grupos altamente experientes estão medindo respiração amônia usando completamente diferentes sensores e procedimentos de medição. Estes podem ter vantagens importantes e validade. A comparação completa está além do escopo do presente trabalho 10,11,12.
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Protocolo
1. Preparação de Instrumentos
- Ligue a fonte de alimentação externa para a amônia plataforma sensor óptico, controlador de laser de diodo, um costume construído unidade eletrônica de controle (CEU), o amostrador ar, bomba de ar, e laptop.
- Verifique se o escape e ventiladores do sensor de amônia estão operando. NOTA: Um está localizado na parte de trás do sensor, o segundo é encontrado dentro do sensor, que é facilmente acessível.
- Assegurar o módulo de detecção acústica e a temperatura da válvula de agulha são a 38,0 ° C, verificando o visor digital localizada no lado da caixa de sensor de amónia. Aguarde cerca de 35 minutos a partir do momento do sensor é fornecido energia para que a temperatura se estabilize.
- Definir tubulação de entrada e temperatura bocal a 55 ° C, clicando no nome de um ícone "ChangeT" encontrado na área de trabalho do amostrador respiração. A temperatura pode ser alterado clicando na seta para cima ou para baixo seguida, clicando em "UPDcomeu Temp ". Clique em "Exit" para retornar à área de trabalho. Permitir que o sistema de, pelo menos, 5 minutos para a estabilização da temperatura. Mantendo a temperatura do dispositivo de amostragem e tubo de 55 ° C minimiza a perda da superfície de amoníaco.
- Abra o software no laptop que controla o sensor de amônia. O programa pode ser acessado dentro de uma pasta chamada "NH3 Programa Sensor respiração" no ambiente de trabalho. Dentro dessa pasta, o usuário deve selecionar o ícone "software LabVIEW principal". Esta pasta contém várias aplicações, mas o usuário deve selecionar "Mainsequence.vi" para acessar a interface desejada. Selecione "run" no canto superior esquerdo da tela. NOTA: Isto começa a linha de bloqueio sequência de calibração. O laser de monitor QEPAS opera sobre uma corrente ideal, o qual é seleccionado, durante um procedimento de bloqueio de linha automatizada. Este processo demora cerca de 25 min.
- Criar uma nova sessão no amostrador de tal forma que eAsessão assunto ch tem seu próprio arquivo que está salvo em um flash drive conectado. NOTA: Isto é realizado através da abertura do programa "Respiração Sampler" encontrado na área de trabalho do amostrador. Há espaço para identificar a sessão de forma adequada. Todos os dados gerados durante a sessão serão salvos na unidade flash sob este identificador. A data do experimento é normalmente usado como parte do nome do arquivo. A entrada e temperatura bocal deve ser ajustado antes de entrar no programa respiração amostragem.
- Insira um novo bocal descartável para o tubo de entrada. Usar luvas descartáveis para evitar a contaminação bocal com amônia a partir de dedos.
2. Coleta de Amostras Respiração
NOTA: O Conselho de Revisão Institucional relevante (Conselho de Ética) deve aprovar qualquer estudo que envolva seres humanos. Há muitos fatores que podem influenciar drasticamente respiração amônia. Esses fatores podem alterar as medições de amônia respiração por diretamente umffecting níveis de amônia sistêmicas ou afectando a jornada de metabólitos de respiração dos pulmões para a instrumentação.
- Certifique-se de assuntos chegar ao laboratório em jejum, depois de ter consumido nenhum alimento por cerca de 12 horas após a chegada e que eles abstiveram-se de exercício de manhã antes do teste.
- Certifique-se de nenhuma substância foi introduzida na boca durante, pelo menos, 1 hora antes da recolha de dados. Certifique-se de que os sujeitos escovar os dentes maior do que 1 hora antes do teste.
- Assente o assunto na frente do sensor de amônia. Instrua o assunto para segurar o tubo de entrada e certifique-se que não toque no bocal para evitar a contaminação de amônia.
- Clique em "Iniciar" na interface amostrador. Já o tema expirar no bocal durante o tempo que eles podem, ou até que o operador considera que a amostra seja suficiente. NOTA: Esta é uma única expiração completa, com duração mínima de 10 segundos. Boca pressão é medida em tempo real como um substitutopara a taxa de fluxo. Um medidor de pressão com código de cores ajuda a produzir assunto e manter a pressão de expiração desejado de 10 cm de água, o que representa uma taxa de fluxo de expiração de 50 ml / seg. Este fluxo foi selecionado, uma vez que tem sido adotado pela ATS / ERS para o protocolo para determinar Fe NO. Esta taxa de fluxo de expiração é realizável por crianças e adultos. Similarmente três exalações reprodutíveis devem ser obtido que diferem menos do que 10%.
- Clique em "Stop" na interface do amostrador quando a amostra de ar é concluído.
3. Medição amostra de ar
- Uma vez que uma amostra de respiração foi analisado, o técnico de laboratório operando o monitor, tem a capacidade de analisar qualquer segmento de perfil que respiração. A parte da respiração que é de interesse é o segmento de fase III. Esta caracteriza-se por um "patamar" na concentração de dióxido de carbono e é encontrada no meio de fase tardia da breath.
- Selecione a parte da fase III da amostra, arrastando as linhas verticais na interface amostrador começar quando planaltos de dióxido de carbono e parar logo antes da queda de pressão do ar. Veja a Figura 1 para o esclarecimento.
- Salve os dados para o flash drive, clicando em "Loja" na interface de tela de toque amostrador.
- Uma vez que os dados de respiração foram armazenados, o usuário pode selecionar "Iniciar" para iniciar uma nova amostra de ar.
4. Ilustrando os efeitos da Boca Rinse e pH na respiração de amônia
- Amostra 3 respirações para estabelecer o nível de amônia linha de base. Certifique-se de que a respiração são tomadas, pelo menos, 5 min afastados uns dos outros.
- Lavar bem a boca com uma alíquota de 30 ml de água por 60 segundos.
- Coletar uma amostra de ar dentro de 60 segundos da lavagem (Seção 2). Recolher amostras de respiração ao longo da hora seguinte, para observar a mudança de amoníaco ao longo do tempo. NOTA: Samples pode ser tomado tão freqüentemente quanto cada minuto, mas intervalos mais longos são normalmente utilizados.
- Enxaguar a boca meticulosamente com uma alíquota de 30 ml de solução básica (bicarbonato de sódio em água) durante 60 segundos e repita 4.2.1.
- Enxaguar a boca meticulosamente com uma alíquota de 30 ml de solução ácida por 60 segundos e repita 4.2.1.
5. Ilustrando os efeitos da entrada e Transporte tubulação Temperaturas em Respiração Amônia
- Exemplos de três ciclos ao longo de 15 min com a temperatura de entrada ajustada para abaixo da temperatura do corpo, cerca de 30 ° C.
- Aumente as temperaturas de entrada e tubulação de transporte de 55 ° C, respectivamente, usando um ícone no desktop na interface da tela de toque do amostrador respiração. Permitir que o sistema de, pelo menos, 5 minutos para atingir o estado estacionário.
- Amostra 3 respirações, 5 min à parte na entrada aquecida.
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Resultados
Assuntos pode ser esperado para produzir uma ampla gama de níveis de amónia respiração basais. Indivíduos saudáveis podem começar o dia com uma medição de amônia de 100-1.000 ppb respiração. Lavar a boca com qualquer fluido imediatamente altera a quantidade de amônia detectável respiração. Fluidos neutros e ácidos normalmente reduzir a quantidade de amônia observáveis por mais da metade. Estes níveis então retornar à linha de base, como os efeitos da lavagem desaparece. Os efeitos da água parece dissipar-se dentro d...
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Discussão
Os benefícios de um procedimento não-invasivo capaz de detectar metabólitos traço em tempo real são óbvias. No entanto, o campo da pesquisa respiração tem se esforçado para cumprir esse potencial. Medição da respiração é um processo dinâmico vulneráveis a muitos fatores de confusão. Nossa abordagem tem pontos fortes importantes: especificamente, a sensibilidade ea velocidade do Arroz QEPAS monitor de amônia baseado acoplado ao amostrador fôlego nos permitiram avaliar e identificar os fatores de recolha de respiração p...
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Divulgações
O Dr. Risby atua como consultor da Loccioni Humancare, fabricante do amostrador de respiração.
Agradecimentos
Os autores reconhecem o apoio financeiro de uma National Science Foundation (NSF) conceder CEE-0540832 intitulado "Tecnologias Mid-Infrared da Saúde e do Meio Ambiente (Mirthé)"
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Sistema de monitor de amônia de arroz | N / A | N / A | Não disponível para compra comercial |
| Loccioni Breath Sampler | Loccioni Humancare | N / A | Versão de respiração única |
| Bocal descartável | WestPrime Healthcare | G011-200 | O fabricante é AlcoQuant |
| Laptop | Lenovo | N / A | Modelo antigo não é mais vendido pelo fabricante |
| Ácido Enxágue | N/A | N/A | Bebida ácida doméstica (café, refrigerante, sucos cítricos, etc) |
| Base Enxágue | N/A | N/A | Água misturada com uma quantidade não exata de bicarbonato de sódio (Arm & Martelo Bicarbonato de Sódio) |
| Enxágüe Neutro | N / A | / A | Água |
Referências
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Reimpressões e permissões
