Аммиак является важным физиологическим метаболитом, относящимся к различным заболеваниям и состояниям здоровья. Кроме того, эту молекулу трудно измерить в выдыхаемом воздухе, что требует принятия особых мер предосторожности для получения точных результатов. Не все факторы, влияющие на аммиак, известны, но без учета этих факторов прогресс может быть затруднен.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Быстрое и точное измерение выдыхаемого воздуха Аммиак
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Этот метод аммиака на выдыхаемом воздухе использует быстрый и высокочувствительный спектроскопический метод, известный как кварцевая улучшенная фотоакустическая спектроскопия (QEPAS), в котором используется лазер на основе квантового каскада. Монитор соединен с пробоотборником, который измеряет давление во рту и углекислый газ. Система имеет регулируемую температуру и специально разработана для решения проблемы реакционной способности этого соединения. Пробоотборник обеспечивает немедленную обратную связь с испытуемым и техником о качестве дыхательного усилия. В сочетании с быстрым временем отклика монитора, эта система способна точно измерять аммиак в выдыхаемом воздухе, репрезентативный для глубоких системных уровней легких.
Поскольку система проста в использовании и выдает результаты в режиме реального времени, она позволила проводить эксперименты по выявлению факторов, влияющих на измерения. Например, ополаскиватель для полости рта и рН полости рта воспроизводимо и значительно влияют на результаты, поэтому их необходимо контролировать. Другими примерами являются температура и режим дыхания. По мере того, как наше понимание этих факторов развивается, количество ошибок уменьшается, а клинические исследования становятся более значимыми. Эта система очень надежна, а индивидуальные измерения стоят недорого.
Сэмплер относительно недорогой и довольно портативный, но монитор не является ни тем, ни другим. Это ограничивает возможности некоторых клинических исследований и обеспечивает рациональное обоснование для будущих инноваций.
Введение
Аммиак является повсеместное побочным продуктом белкового обмена 1. Поэтому измерение Аммиак может помочь врачам оценить различные болезни и оздоровительные государства 2. Тем не менее, аммиак трудно измерить точно, через кровь или дыхание, потому что это очень реактивными. Хотя обычно используется, анализы крови имеют многочисленные недостатки, в том числе основных опасений по поводу точности 3. Но главная проблема с анализов крови реальность, что они только когда-либо собирали эпизодически. Это важно, поскольку физиология аммиак, как и глюкозы в крови и многих других метаболических процессов, текучи и постоянно меняющейся 4. В отличие от этого, дыхание анализы полностью неинвазивным и быстрым, тем самым легко позволяет повторных измерений. Таким образом, измерение аммиака дыхание привлекателен тем, что он может обратиться серьезную неудовлетворенная потребность в уникальном пути.
Коллекция Дыхание, однако, представляет уникальные проблемы. В то время как кровопускание по своей сути несет JeoПарди ошибки в нескольких непредсказуемым образом (например, жгут времени, загрязнения пот, клетки крови гемолиз, задержки в лабораторных измерений и т.д. 5), исследователи измерения дыхания должны бороться с другой группой новых проблем: изменчивость в дыхании, загрязнения с устным слизистой или бактериальной аммиак, влияние окружающего воздуха и устройство влажности и температуры, и т.д. 6. В самом деле, было бы неразумно недооценивать задачу в соединении экспериментальное оборудование для людей с использованием экспериментальных процедур, чтобы обнаружить неизвестный биологию. Отчасти из-за этих препятствий, дыхание аммиак еще не встретил свой потенциал.
Здесь мы представляем наш протокол измерения аммиака дыхание для быстрых и точных результатов. Наш протокол имеет силу в трех областях: монитор, интерфейс сэмплер, и внимание к человеческим влияний. Монитор был построен коллегами в Университете Райса, как описано выше 7. Основой МЭСрения является кварц усиливается фотоакустическая спектроскопии (QEPAS) метод, который использует пьезоэлектрический кварцевый камертон в качестве акустического датчика. Фотоакустическая эффект возникает, когда акустические волны образуются в результате поглощения модулированного лазерного излучения целевых видов следовых газов. След газа определяется с помощью акустического ячейку, которая акустически резонансная модулированному частоты. Длина волны поглощения аммиака был выбран, свободной от спектральных помех от вмешательства видов в дыхании. Для целей измерения выдыхаемого воздуха человека, основные черты монитора включает в себя широкий диапазон измерений (от ~ 50 частей на миллиард, фунтов на баррель, по крайней мере 5000 частей на миллиард) и скорость (1 измерений сек). Скорость монитора позволяет временное разрешение на протяжении всего цикла дыхания.
Монитор, соединенный с специально разработанной дыхания пробоотборника. Пробоотборник состоит из датчика давления и капнографа. Он отображает и архивирует в режиме реального времениИзмерения давления рта и углекислого газа, а также концентраций аммиака, определенных с помощью датчика. Этот сэмплер, следовательно, позволяет технику оценить качество усилий дыхания, как дыхание собирается. Это дает нам возможность превышают рекомендации для анализа дыхания оксида азота (NO-Фе), предложенный Целевой группы Американского торакального общества / Европейского респираторного общества (ATS / ERS) 8. Для всех проб дыхания, одноразовые односторонним в линию клапан был использован на рот порту дыхания сэмплер.
Из-за скорости монитора и контроля качества предоставленной сэмплер, мы смогли тщательно оценить воздействия деятельности человека 9. Большинство предметов, например, изначально гипервентиляции, когда поручил дышать. Другие важные влияния, такие как устного рН и полоскания рта, температура в сэмплер, монитора и всех связанных трубки и режим дыхания, затем были изучены, и являются основой FOг иллюстративные эксперименты ниже.
Наконец, возможно, самое главное, необходимо подчеркнуть, что несколько высококвалифицированные группы измерения дыхания аммиак, используя совершенно разные датчики и процедуры измерения. Это может иметь важные преимущества и справедливость. Полное сравнение выходит за рамки настоящей работы 10,11,12.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
1. Подготовка инструментов
- Включите внешнего источника питания к аммиака оптическим датчиком платформы, лазерный диод контроллер, индивидуальному заказу управляющей электроники блока (КЕС), дыхание сэмплер, пневматический насос, и ноутбук.
- Убедитесь, что оба выхлопных газов и охлаждающие вентиляторы датчика аммиака работают. ПРИМЕЧАНИЕ: Один из них расположен в задней части датчика, второй находится в датчике, который легко доступен.
- Убедитесь, что модуль обнаружения и акустический температура клапан иглы, по крайней 38,0 ° С путем проверки цифровой дисплей, расположенный на боковой стороне коробки датчика аммиака. Подождите примерно 35 минут с момента датчик подается питание для стабилизации температуры.
- Установить впускной трубопровод и температуру мундштук до 55 ° С, нажав на имя значка "исправили" найти на рабочем столе дыхания сэмплер. Температура может быть изменено, нажав на стрелку вверх или вниз, затем, нажав кнопку "Актуалели Темп ". Нажмите "Exit", чтобы вернуться на рабочий стол. Позволяют системе не менее 5 минут для стабилизации температуры. Поддержание температуры пробоотборника и труб при 55 ° С минимизирует потери поверхности аммиака.
- Откройте программу на ноутбуке, который управляет датчик аммиака. Программа может осуществлять доступ в папку с именем "NH 3 Дыхание Программа Датчик" на рабочем столе. В этой папке, пользователь должен выбрать значок "Основной программный LabVIEW". Эта папка содержит несколько приложений, но пользователь должен выбрать "Mainsequence.vi" для доступа к нужному интерфейс. Выберите "Выполнить" в левом верхнем углу экрана. ПРИМЕЧАНИЕ: Это начинается линия блокировки калибровки. Лазерный из QEPAS монитора работает на оптимальном тока, который выбирается во время автоматизированной процедуры линии блокировки. Этот процесс займет около 25 мин.
- Создать новую сессию на сэмплер, так что еач предметом сессия имеет свой собственный файл, сохраненный к прилагаемой флэш-диск. ПРИМЕЧАНИЕ: Это осуществляется путем открытия программы "Дыхание Sampler" находится на рабочем столе сэмплер. Существует пространство для идентификации сессии соответственно. Все данные, полученные в ходе сессии будут сохранены на флэш-накопителе под этим идентификатором. Дата эксперимента обычно используется как часть имени файла. Впускной и температура мундштука должна быть скорректирована перед входом в программу дыхания дискретизации.
- Включить новый одноразовый мундштук во впускной трубе. Одноразовые перчатки, чтобы избежать загрязнения мундштук с аммиаком от пальцев.
2. Дыхание для сбора проб
ПРИМЕЧАНИЕ: Соответствующий Экспертный совет организации (Совет по этике) должен одобрить любое исследование, которое включает в себя людей в качестве субъектов. Есть много факторов, которые могут резко повлиять дыхание аммиак. Эти факторы могут изменить измерения аммиака дыхание непосредственноffecting системных уровень аммиака или путем воздействия на путешествие дыхания метаболитов из легких в инструментовке.
- Убедитесь, предметы прибыть в лабораторию в состоянии натощак, не потратив ни еды в течение примерно 12 часов по прибытии и что они воздержались от осуществления утром перед тестированием.
- Обеспечить вещество не была введена в полость рта по крайней мере 1 час до сбора данных. Убедитесь, что субъекты чистить зубы больше, чем 1 час до тестирования.
- Сиденья объект в перед датчиком аммиака. Поручить его держать входную трубу, и убедитесь, что они не касаются мундштук, чтобы избежать загрязнения аммиака.
- Нажмите кнопку "Пуск" на интерфейсе сэмплер. Были предметом выдох в трубку до тех пор, как они могут, или пока оператор не считает образца достаточным. ПРИМЕЧАНИЕ: Это один полный выдох, продолжительностью не менее 10 сек. Давление Рот измеряется в режиме реального времени в качестве суррогатадля расхода. Манометр цветом помогает подчиненную продукцию и поддержания желаемого выдоха давление 10 см воды, которая представляет собой скорость выдоха потока 50 мл / с. Эта скорость потока была выбрана, поскольку она была принята ОВД / ERS для протокола, чтобы определить Fe NO. Этот показатель выдох поток достижимо дети и взрослые. Аналогично три воспроизводимые выдохов должно быть получено, что отличаются менее чем на 10%.
- Нажмите кнопку "Стоп" на интерфейсе сэмплер, когда образец дыхания завершена.
3. Измерение образец дыхания
- После того, как образец дыхания был проанализирован, лаборант использовать монитор, то есть способность к анализу любой сегмент этого профиля дыхания. Часть дыхания, что представляет интерес является фаза сегмент III. Это характеризуется «плато» в концентрации углекислого газа и находится в середине, чтобы поздней стадии BREATH.
- Выберите фазы III части пробы, перетаскивая вертикальные линии на интерфейсе сэмплер, чтобы начать, когда плато углекислого газа и останавливаются прямо перед падением давления дыхания. См. рисунок 1 для разъяснений.
- Сохраните данные на флэш-накопитель, нажав кнопку "Store" на интерфейсе сэмплер с сенсорным экраном.
- После того как данные дыхание были сохранены, пользователь может выбрать "Пуск", чтобы начать новый образец дыхания.
4. Иллюстрирующую действие для полоскания полости рта и рН на дыхание аммиака
- Пример 3 вдохов, чтобы установить базовый уровень аммиака. Убедитесь, что вдохов взяты по крайней мере 5 мин друг от друга.
- Тщательно прополоскать рот с 30 мл аликвоты в воды в течение 60 секунд.
- Соберите образец дыхания в течение 60 секунд от полоскания (раздел 2). Сбор образцов дыхания в течение следующего часа наблюдать изменение аммиака с течением времени. ПРИМЕЧАНИЕ: СэмПлес могут быть приняты так часто, как каждую минуту, но более длительные интервалы обычно используются.
- Тщательно прополоскать рот с 30 мл аликвоты в основной раствор (бикарбоната натрия в воде) в течение 60 секунд и повторите 4.2.1.
- Тщательно прополоскать рот с 30 мл аликвоты кислотного раствора в течение 60 секунд в и повторите 4.2.1.
5. Иллюстрирующую действие впускных и Транспорт Tubing температур на дыхание аммиака
- Примеры три вдохов более в течение 15 мин с температурой на входе устанавливается ниже температуры тела, примерно 30 ° С.
- Увеличьте температуру на входе и транспортной трубы до 55 ° С соответственно с помощью значка на рабочем столе на интерфейс сенсорного экрана на дыхание сэмплер. Позвольте системе, по крайней мере 5 мин для достижения устойчивого состояния.
- Образец 3 вдохов, 5 мин, кроме в нагретой входе.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Субъекты можно ожидать производить широкий спектр базовых уровнях аммиака дыхания. Здоровые люди могут начать день с дыхания измерения аммиака 100-1000 частей на миллиард. Полоскание рта с любой жидкости немедленно изменяет количество обнаруживаемых дыхания аммиака. Нейтральные и кислые жидкости обычно сократить количество наблюдаемой аммиака более чем на половину. Эти уровни затем вернуться к исходному уровню, как последствия полоскания прекратит свое действие. Эффекты воды, кажется, рассеиваются в течение 15 мин, в то...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Преимущества неинвазивного процедуры, позволяющей обнаруживать следовые метаболитов в реальном времени очевидны. Тем не менее, область исследований дыхания изо всех сил, чтобы выполнить этот потенциал. Измерение Дыхание представляет собой динамический процесс уязвимым для многих сопутствующих факторов. Наш подход имеет важные преимущества: в частности, чувствительность и скорость Райс QEPAS монитора на основе аммиака, соединенного с дыханием сэмплер позволили нам оценить и определить дыхание факторы сбора уместны в точн...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Д-р Рисби является консультантом компании Loccioni Humancare, производителя пробоотборника дыхания.
Благодарности
Авторы признают, финансовая поддержка от Национального научного фонда (NSF) грант ЕЭС-0540832 под названием «Середина Инфракрасные технологии для здравоохранения и окружающей среды (MIRTHE)"
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Система мониторинга рисового аммиака | Н/Д Н | /Д | Недоступна для коммерческой покупки |
| Пробоотборник дыхания Loccioni | Humancare | N/A | Версия для одного дыхания |
| Одноразовый мундштук | WestPrime Healthcare | G011-200 | Производитель - AlcoQuant |
| Ноутбук | Lenovo | Н/Д | Старая модель больше не продается производителем |
| Кислота Ополаскиватель | Н/Д | Н/Д | Бытовой кислый напиток (кофе, безалкогольный напиток, цитрусовые соки и т.д.) |
| Базовый ополаскиватель | Н/Д | /Д | Вода, смешанная с неточным количеством бикарбоната натрия (Arm & Молотковая пищевая сода) |
| Нейтральный ополаскиватель | Н/Д | /Д | Вода |
Ссылки
- Adeva, M. M., Souto, G., Blanco, N., Donapetry, C. Ammonium metabolism in humans. Metabolism: clinical and experimental. 61 (11), 1495-1511 (2012).
- Auron, A., Brophy, P. D. Hyperammonemia in review: pathophysiology, diagnosis, and treatment. Pediatric nephrology. 27 (2), 207-222 (2012).
- Blanco Vela, C. I., Bosques Padilla, F. J. Determination of ammonia concentrations in cirrhosis patients-still confusing after all these years. Annals of hepatology. 10 Suppl 2, (2011).
- Mpabanzi, L., Ol de Damink, S. W. M., van de Poll, M. C. G., Soeters, P. B., Jalan, R., Dejong, C. H. C. To pee or not to pee: ammonia hypothesis of hepatic encephalopathy revisited. European journal of gastroenterology & hepatology. 23 (6), 449-454 (2011).
- Goggs, R., Serrano, S., Szladovits, B., Keir, I., Ong, R., Hughes, D. Clinical investigation of a point-of-care blood ammonia analyzer. Veterinary clinical pathology / American Society for Veterinary Clinical Pathology. 37 (2), 198-206 (2008).
- Huizenga, J. R., Tangerman, A., Gips, C. H. Determination of ammonia in biological fluids. Annals of clinical biochemistry. 31 (Pt 6), 529-543 (1994).
- Lewicki, R., et al. Real time ammonia detection in exhaled human breath with a quantum cascade laser based sensor. 2009 Conference on Lasers and ElectroOptics and 2009 Conference on Quantum electronics and Laser Science Conference. 1, (2009).
- American Thoracic Society. European Respiratory Society. Recommendations for Standardized Procedures for the Online and Offline Measurement of Exhaled Lower Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide. American journal of respiratory and critical care medicine. 171 (8), 912-930 (2005).
- Solga, S. F., et al. Factors influencing breath ammonia determination. Journal of breath research. 7 (3), (2013).
- Schmidt, F. M., et al. Ammonia in breath and emitted from skin. Journal of breath research. 7 (1), (2013).
- Spaněl, P., Dryahina, K., Smith, D. A quantitative study of the influence of inhaled compounds on their concentrations in exhaled breath. Journal of breath research. 7 (1), (2013).
- Boots, A. W., van Berkel, J. J. B. N., Dallinga, J. W., Smolinska, A., Wouters, E. F., van Schooten, F. J. The versatile use of exhaled volatile organic compounds in human health and disease. Journal of breath research. 6 (2), (2012).
- Hibbard, T., Killard, A. J. Breath ammonia levels in a normal human population study as determined by photoacoustic laser spectroscopy. Journal of breath research. 5 (3), (2011).
- Wang, T., Pysanenko, A., Dryahina, K., Spaněl, P., Smith, D. Analysis of breath, exhaled via the mouth and nose, and the air in the oral cavity. Journal of breath research. 2 (3), (2008).
- Amann, A., Smith, D. Volatile Biomarkers. 1st Edition. , (2013).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
Теги
