Gesundheitswesen In Einem Huff: Atemtests Für Krankheiten
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Anonim

Alkoholtester, lange Zeit ein Werkzeug in den Köchern von Polizisten, könnten bald in eine Arztpraxis in Ihrer Nähe kommen.

Die meisten von uns assoziieren Alkoholtester mit Verhaftungen wegen Trunkenheit am Steuer. Aber Atemtests können viel mehr zeigen als die Anzahl der alkoholischen Getränke, die eine Person tuckerte. Sie werden auch verwendet, um einige Erkrankungen zu diagnostizieren, einschließlich Gelbsucht bei Babys, Laktoseintoleranz und Geschwüren, sowie um zu überwachen, ob Asthmamedikamente wirksam sind. Und Forscher sagen, dass Atemanalysatoren eines Tages verwendet werden könnten, um schnell eine Reihe anderer Erkrankungen, einschließlich Krebs, zu identifizieren, die zur Früherkennung und Behandlung führen.

So funktionieren diese Tests: Jedes Mal, wenn Sie Luft holen, atmen Sie Sauerstoff ein und Kohlendioxid (CO2) aus, zusammen mit mindestens tausend anderen Chemikalien, die tatsächlich einen sogenannten "Atemabdruck" oder ein einzigartiges Atemprofil Ihrer Gesundheit liefern. Die erste Person, die dieses Phänomen erkannte oder zumindest darüber schrieb, war Hippokrates (460 v. Chr. Bis 377 v. Chr.), Der als Vater der Medizin angesehen wurde und vermutete, dass Mundgeruch ein Zeichen einer Krankheit sei. Aber erst Ende des letzten Jahrhunderts identifizierten Wissenschaftler tatsächlich viele dieser Chemikalien.

1971 identifizierten Forscher unter der Leitung des mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Chemikers Linus Pauling etwa 250 Atemchemikalien mithilfe der Gas-Flüssigkeits-Verteilungschromatographie (die Moleküle anhand ihres Siedepunkts und ihrer Polarität oder ungleicher elektrischer Ladungen trennt).

Dank der Verbesserung der Labortechniken haben Wissenschaftler seitdem mindestens 1.000 verschiedene Chemikalien im menschlichen Atem identifiziert, von denen einige die Grundlage für medizinische Tests geworden sind. Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) hat laut Terence Risby, Professor für Umweltgesundheitswissenschaften an der Johns Hopkins Bloomberg School für öffentliche Gesundheit in Baltimore, sechs medizinische Atemtests genehmigt.

Am häufigsten wird nach Angaben von Raed Dweik, Lungenarzt und Direktor des Lungengefäßprogramms am, festgestellt, ob die Atemschläuche in der Lunge des Patienten richtig positioniert sind (gelegentlich führen Ärzte den Schlauch versehentlich durch die Speiseröhre und in den Magen) Cleveland Clinic in Ohio. Wenn der Schlauch richtig platziert ist, wandert CO2 aus der Lunge durch den Schlauch nach außen. Andernfalls fließt kein Kohlendioxid heraus. Ein CO2-Detektor in Golfballgröße ändert seine Farbe, wenn er das Gas aufnimmt, und signalisiert den Ärzten, dass der Schlauch richtig positioniert ist. Eine andere Art von Kohlendioxiddetektor, der als Kapnograph bekannt ist, wird routinemäßig in Krankenhäusern verwendet, um die Menge an CO2, die von Patienten ausgeatmet wird, die für eine Operation anästhesiert oder an Beatmungsgeräte angeschlossen wurden, um ihnen das Atmen zu erleichtern, kontinuierlich zu überwachen. Laut Dweik können Ärzte anhand der Menge an Kohlendioxid, die ihren Körper verlässt, feststellen, ob Patienten genug Sauerstoff erhalten.

Ärzte verwenden jetzt auch einen Atemtest, um festzustellen, ob Asthmamedikamente wirken, indem sie die Stickoxidmenge messen, die ein Patient mit Atemwegserkrankungen ausatmet. Laut Dweik atmen Menschen mit Asthma, das durch chronische Entzündungen der Atemwege und Atembeschwerden gekennzeichnet ist, ungewöhnlich hohe Stickoxidspiegel aus, ein Gas, das den Blutfluss reguliert, aber Zellen schädigen und Entzündungen verursachen kann, wenn es in den Atemwegen überproduziert wird: Der Stickstoff Der Oxidgehalt des Atems eines Asthmatikers kann bis zu 100 oder 200 Teile pro Milliarde oder ppb (100 Stickoxidmoleküle pro Milliarde ausgeatmeter Moleküle) betragen, verglichen mit 10 bis 20 ppb in jedem Atemzug einer nichtasthmatischen Person.

Wenn ein Asthmapatient innerhalb von Tagen nach Beginn einer Behandlung keine normalen Stickoxidspiegel ausatmet, weist dies darauf hin, dass die Therapie nicht wirksam ist und eine andere versucht werden sollte. "Der gesamte Test dauert ungefähr fünf Minuten", sagt Dweik und bemerkt, dass ein Patient in ein Röhrchen atmet, das an einem Atemanalysegerät angebracht ist, das eine elektronische Anzeige der Stickoxidkonzentrationen erzeugt.

Ärzte können eine Laktoseintoleranz mit einem Test diagnostizieren, der ungewöhnlich hohe Wasserstoffwerte im Atem identifiziert, die von Darmbakterien erzeugt werden, die Laktose verschlingen, wenn der Körper den Milchzucker nicht selbst abbaut. Darüber hinaus kann Gelbsucht bei Babys durch einen Test bestätigt werden, der den Atem auf hohe Mengen an Kohlenmonoxid untersucht, die entstehen, wenn die Leber nicht richtig funktioniert, und es gibt einen Atemtest, der das Vorhandensein des geschwürfördernden Darmbakteriums Helicobacter pylori (H. pylori).

Ein weiterer Atemtest stellt fest, ob ein transplantiertes Organ von einem Patienten entnommen oder abgestoßen wird. Wenn der Körper eines Patienten ein neues Herz ablehnt, erkennt der Atemtest Alkane im Atem. Alkane sind Nebenprodukte chemischer Reaktionen, die durch freie Radikale (instabile, zellschädigende Moleküle) ausgelöst werden und vom Körper produziert werden, wenn er gespendete Organe abstößt.

Es gibt viele Gründe, warum Atemtests die nächste Grenze in der medizinischen Diagnose sein könnten, sagt Risby und bemerkt, dass sie relativ kostengünstig zu verabreichen, sicher (die einzige Voraussetzung ist, dass eine Person atmet) und nicht invasiv (es besteht keine Notwendigkeit, Patienten festzuhalten) sind Nadeln oder nehmen Sie eine Scheibe Gewebe zur Biopsie).

Ein Forschungsteam unter der Leitung des Physikers Jun Ye an der Universität von Colorado in Boulder (U.C.B.) testet derzeit einen Atemanalysator, der innerhalb von zwei Minuten nach ungewöhnlich hohen Konzentrationen von etwa 10 krankheitsbedingten Molekülen sucht. Unter ihnen: Ammoniak (ein Marker für Leber- und Nierenerkrankungen); Aceton (ein Indikator für Diabetes); und Ethan, ein potenzieller Krebsmarker.

Die Leber und die Nieren filtern normalerweise Ammoniak aus dem Blut. Wenn diese Organe ihre Arbeit nicht richtig erledigen, baut sich Ammoniak im Körper auf und wird auf ungewöhnlich hohem Niveau ausgeatmet, sagt Michael Thorpe, Physiker in Yes Laborgruppe. Er stellt fest, dass der Atemanalysator des Teams auch nach erhöhten Acetonspiegeln sucht, einem Marker für Diabetes, eine Krankheit, bei der Zellen Glukose, ihre Hauptbrennstoffquelle, nicht effizient absorbieren können. Wenn der Körper keine Energie aus Glukose gewinnen kann, baut er Fett als Brennstoff ab. Aceton ist eines der Nebenprodukte des Fettabbaus.

Der experimentelle Atemanalysator sucht auch nach Ethan. Ethan neigt dazu, sich im Körper anzusammeln, wenn Zellen durch freie Radikale geschädigt werden, was zu Krebs führen kann, sagt Thorpe. Er sagt jedoch, dass weitere Forschung erforderlich ist, um eine Sammlung von Atemchemikalien zu identifizieren, die mit Krebs assoziiert sind, da Ethan auch mit anderen Erkrankungen wie Alzheimer und Arteriosklerose (Verhärtung der Herzarterien, die zu Herzinfarkten führen können) in Verbindung gebracht werden kann.

Menssana Research in Newark, New Jersey, führt derzeit eine klinische Studie zu einem Atemtest für Lungenkrebs durch. Der Gründer und CEO Michael Phillips (2003 von Scientific American vorgestellt) hat eine Technologie entwickelt, die einen Satz von 10 bis 15 Molekülen untersucht, die typischerweise im Atem von Lungenkrebspatienten freigesetzt werden. Wissenschaftler vermuten, dass Toxine (wie Bestandteile von Tabak) ein System von Enzymen (Proteinen) aktivieren, die die Gifte ausstoßen und chemische Nebenprodukte produzieren, die im Atem freigesetzt werden. (Menschen mit anderen Krebsarten als der Lunge emittieren ebenfalls verräterische Krebsmoleküle aus ihrem Körper. Tatsächlich können Hunde möglicherweise Menschen mit verschiedenen Krebsarten identifizieren, indem sie an Haut und Atem schnüffeln.

Laut Phillips könnten Alkoholtester den Bedarf an Computertomographie (CT) verringern, mit der derzeit Hochrisikopatienten (Raucher und ehemalige Raucher) auf Lungenkrebs untersucht werden: Die Röntgenstrahlen setzen Patienten nicht nur potenziell gefährlichen Strahlenmengen aus. Aber sie kosten ungefähr 150 bis 200 Dollar für einen Atemtest. Er stellt fest, dass Alkoholtester CT-Scans nicht ersetzen würden, Ärzte sie jedoch verwenden könnten, um festzustellen, ob CT-Scans erforderlich sind, um die Ergebnisse zu bestätigen oder zu bestreiten.

"Ich glaube sehr stark", sagt Ddweik, dass Atemanalysegeräte "die Zukunft medizinischer Tests" sind.

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