How is it that a breathalyzer can measure the alcohol content in someone’s blood,
hours after they had their last drink, based on their breath alone?
Exhaled breath contains trace amounts of hundreds, even thousands,
of volatile organic compounds:
small molecules lightweight enough to travel easily as gases.
One of these is ethanol, which we consume in alcoholic drinks.
It travels through the bloodstream to tiny air sacs in the lungs,
passing into exhaled air at a concentration 2,000 times lower,
on average, than in the blood.
When someone breathes into a breathalyzer,
the ethanol in their breath passes into a reaction chamber.
There, it’s converted to another molecule, called acetic acid,
in a special type of reactor that produces an electric current during the reaction.
The strength of the current indicates the amount of ethanol
in the sample of air, and by extension in the blood.
In addition to the volatile organic compounds like ethanol
we consume in food and drink,
the biochemical processes of our cells produce many others.
And when something disrupts those processes, like a disease,
the collection of volatile organic compounds in the breath
may change, too.
So could we detect disease by analyzing a person’s breath,
without using more invasive diagnostic tools
like biopsies, blood draws, and radiation?
In theory, yes,
but testing for disease is a lot more complicated than testing for alcohol.
To identify diseases,
researchers need to look at a set of tens of compounds in the breath.
A given disease may cause some of these compounds
to increase or decrease in concentration, while others may not change—
the profile is likely to be different for every disease,
and could even vary for different stages of the same disease.
For example, cancers are among the most researched candidates
for diagnosis through breath analysis.
One of the biochemical changes many tumors cause
is a large increase in an energy-generating process
called glycolysis.
Known as the Warburg Effect,
this increase in glycolysis results in an increase of metabolites like lactate
which in turn can affect a whole cascade of metabolic processes
and ultimately result in altered breath composition,
possibly including an increased concentration of volatile compounds
such as dimethyl sulfide.
But the Warburg Effect is just one potential indicator of cancerous activity,
and doesn’t reveal anything about the particular type of cancer.
Many more indicators are needed to make a diagnosis.
To find these subtle differences,
researchers compare the breath of healthy people
with the breath of people who suffer from a particular disease
using profiles based on hundreds of breath samples.
This complex analysis requires a fundamentally different,
more versatile type of sensor from the alcohol breathalyzer.
There are a few being developed.
Some discriminate between individual compounds
by observing how the compounds move through a set of electric fields.
Others use an array of resistors made of different materials
that each change their resistance when exposed to a certain mix
of volatile organic compounds.
There are other challenges too.
These substances are present at incredibly low concentrations—
typically just parts per billion,
much lower than ethanol concentrations in the breath.
Compounds’ levels may be affected by factors other than disease,
including age, gender, nutrition, and lifestyle.
Finally, there’s the issue
of distinguishing which compounds in the sample
were produced in the patient’s body
and which were inhaled from the environment
shortly before the test.
Because of these challenges, breath analysis isn’t quite ready yet.
But preliminary clinical trials on lung, colon,
and other cancers have had encouraging results.
One day, catching cancer early might be as easy as breathing in and out.
كيف يمكن لجهاز قياس الكحول أن يحدّد نسبة الكحول في دم أحدهم،
بعد ساعات من تناول الشراب، اعتماداً على النَّفَس وحده؟
زفرة التنفُّس تحتوي على كميات ضيئلة من مئات، أو آلاف،
المركبات العضوية المتطايرة:
جزيئات صغيرة وخفيفة الوزن بشكل كافٍ لتنتقل بسهولة كغازات.
واحدة منها هو: الإيثانول، وهو ما يُستَهلك في المشروبات الكحولية.
ينتقل عبر مجرى الدم إلى الحويصلات الهوائية الصغيرة في الرئتين،
ويمرُّ في هواء الزفير بتركيز أقل بـ 2000 مرة،
في المتوسط ممّا هو في الدم.
عندما يتنفس أحدٌ في جهاز قياس الكحول،
يمر الإيثانول إلى تجويف التفاعل.
هناك يتم تحويله إلى عنصر آخر، يُسمّى: حمض الخليك،
في نوع خاص من المفاعل يتم إنتاج تيار كهربائي أثناء عملية التفاعل.
قوة التيار تبين كمية الإيثانول
في عينة الهواء، ومن خلال امتداده في الدم.
بالإضافة إلى المركبات العضوية المتطايرة مثل: الإيثانول
التي نستهلكها في الطعام والشراب،
العمليات الكيمائية في خلايانا تنتج العديد من العناصر الأخرى.
وعندما يعطِّل شيء ما تلك العلمية، مثل: المرض،
فإن مجموعة المركبات العضوية المتطايرة في التنفس
قد تتغير أيضاً.
لذا، هل يمكننا اكتشاف المرض من خلال تحليل نَفَس الشخص،
دون استخدام المزيد من أدوات التشخيص المُجتاحة
مثل: الخزعات وسحب الدم والأشعة؟
نظرياً، نعم،
لكن اختبار المرض أكثر تعقيداً بكثير من اختبار الكحول.
للتعرف على الأمراض،
يحتاج الباحثون للنظر في مجموعة من عشرات المركبات في التنفُّس.
قد يسبب مرض معين بعض هذه المركبات
بزيادة أو نقصان كثافتها، بينما قد لا تتغير بعضها
من المحتمل أن يختلف مظهر كل مرض،
وقد يختلف أيضاً في مراحل مختلفة من المرض نفسه.
على سبيل المثال: أمراض السرطان من أكثر المرشحين بحثاً
للتشخيص من خلال تحليل التنفُّس.
أحد التغييرات الكيميائية تسبب العديد من الأورام
والتي هي عبارة عن زيادة كبيرة في توليد الطاقة
تُسمّى: التحلُّل.
المعروف باسم: تأثير واربرغ،
هذه الزيادة في التحلل تؤدي إلى الزيادة في الأيضات مثل: اللاكتات
والتي بدورها يمكن أن تؤثر على سلسلة كاملة من عمليات التمثيل الغذائي
وتؤدي في النهاية إلى تغيير تركيب التنفُّس،
ربما بما في ذلك زيادة تركيز المركبات المتطايرة
مثل ثنائي ميثيل الكبريت.
لكن تأثير واربراغ ليس إلا مؤشراً محتملاً لنشاط سرطاني،
ولا يكشف شيئاً عن نوع معين من السرطان.
ثمّة حاجة للمزيد من المؤشرات لإجراء التشخيص.
للحصول على هذه الاختلافات الدقيقة،
يقارن الباحثون بين أنفاس الأصحّاء
وأنفاس الذين يعانون من مرض معين
مستخدمين ملفات التعريف اعتماداً على مئات من عينات التنفّس.
هذا التحليل المعقد يتطلب نوعاً مختلفاً جذرياً
عن أجهزة استشعار الكشف عن الكحول.
هناك عدد قليل يجري تطويرها.
بعض التمييز بين المركبات الأحادية
من خلال مراقبة كيفية تحرك المركبات خلال مجموعة من الحقول الكهربية.
يستخدم آخرون مجموعة من المقاومات المصنوعة من مواد مختلفة
يغير كل منها مقاومته عن التعرض إلى مزيج معين
من المركبات العضوية المتطايرة.
هناك تحدّيات أخرى أيضاً.
هذه المواد موجودة بتركيزات منخفضة بشكل لا يُصدّق
عادةً أجزاء فقط لكل مليار،
أقل بكثير من تركيزات الإيثانول في النَّفَس.
قد تتأثّر مستويات المركبات بعوامل أخرى غير المرض،
بما في ذلك: العمر والجنس والتغذية ونمط الحياة.
أخيراً: ثمّة أمرٌ
يتعلق بالتمييز بين المركبات في العينة
التي تُنتَج في جسم المريض
والتي يتم استنشاقها من البيئة المحيطة
قبل مدّة قصيرة من الاختبار.
بسبب هذه التحدّيات، تحليل التنفّس ليس جاهزاً بعد.
ولكن التجارب السريرة الأولية على الرئة والقولون
والسرطانات الأخرى كان لها نتائج مشجعة.
يوماً ما، قد يكون تشخيص السرطان مبكراً أمراً سهلاً بنفس سهولة تنفّس الهواء.
چۆن ئامێرى پێوانەيى كهول ڕێژەى كهولى خوێنى كەسێك ديارى دەكات،
دواى چەند كاتژمێرێك خواردنەوە، تەنها پشت بە هەناسەدان دەبەستێـ؟
هەناسە هەڵمژراوەكان بڕى هەزار، تەنانەت هەزارەها شوێنەوارى تێدايە،
لە پێكهاتە ئەندامييە هەڵچووەكان:
گەرديلەكان سووك و تەواون بۆ ئەوەى وەك گاز بگوازرێنەوە.
يەكێك لەوانە ئيتانۆلە، كە لە خواردنەوە كهوليەكان بەكارى دەهێنين.
بەناو دەمارەكانى خوێندا بۆ كيسەى هەوايى زۆر بچوك لە سيەكان دەگوازرێتەوە،
و ٢٠٠٠ جار نزمتر بە هەواى هەڵمژراودا تێدەپەڕێت،
بەتێكڕايى لەناو خوێندا.
كاتێك كەسێك لە ئامێرى پێوانەى كهولى هەناسە دەدات،
ئيتانۆل لە هەناسەوە بەرەو ژوورى كاردانەوە تێپەر دەبێت.
لەوێ بۆ تەخمێكى تر دەگۆڕێت، پێي دەگووترێت ترشى ئەستيك،
لە جۆرێكى تايبەتى كاردانەوەكە بە درێژايى كاردانەوەكە تەزووى كارەبا بەرهەم دەهێنێت.
هێزى تەزووەكە بڕى ئيتانۆل پيشان دەدات
لە شێوەى هەوادا، و بە درێژكردنەوەى بەناو خوێندا.
جگە لە پێكهاتە ئەنداميە هەڵچووەكان وەك ئيتانۆل
كە لە خواردن و خواردنەوە بەكاريدەهێنين،
پڕۆسە كيميايەكانى ناو خانەكانمان چەندين توخمى تر بەرهەم دەهێنن.
كاتێك شتێك ئەم زانستە تێكدەدەن، وەك: نەخۆشى،
گروپى پێكهاتە ئەندامييە هەڵچووەكان لە هەناسەدان
لەوانەيە ئەوانيش بگۆڕێن.
كەواتە دەتوانين نەخۆشيەكە بە شيكردنەوەى هەناسەى كەسەكە بدۆزينەوە،
بەبێ بەكارهێنانى ئامرازەكمانى دۆزينەوەى بەردەست
وەك بيۆپسيس، كشانەوەى خوێن و تيشكى ئێكس؟
لە ڕووى تيۆريەوە، بەڵێ،
بەڵام پشكنينى نەخۆشى لە پشكنينى كهول زۆر ئاڵۆز ترە.
بۆ ناسينى نەخۆشيەكان،
تۆژەران پێويستە تەماشاى كۆمەڵەيەكى هەناسەدان بكەن.
لەوانەيە نەخۆشيەكى ديارىكراو ببێتە هۆى هەندێك لەو تێكىڵانە
چڕيان زياد يان كەم بكات، لەكاتێكدا هەندێك نەگۆڕێن --
دەركەوتنى هەر نەخۆشيەك لەوەى تر جياوازە،
و لەوانەيە لە قۆناغى جياى هەمان نەخۆشى جياوازى هەبێت،
بۆ نموونە، شێرپەنجە يەكێكە لە زۆررين تۆژينەوەى پاڵێوراو
بۆ دەستنيشان كردنى نەخۆشى هەناسەدان.
يەكێك لە گۆڕانكاريە كيميايەكان چەندين گرێى لێ دروست بووە،
كە ئەمەش زياديەكى بەرچاوە لە هێزى-نەوەيى
پێيدەگووترێت شيبوونەوە
ناسراوە بە كاريگەرى واربێرگ،
ئەم زيادبوونى شيبوونەوەيە دەبێتە هۆى ميتابۆليتەكانى وەك لاكتين زياد بكەن
كە بەپێچەوانەوە دەتوانێت كاريگەرى لەسەر هەموو زنجيرەكانى ميتابۆڵيەكان هەبێت
و لە كۆتايدا پێكهاتەى هەناسەدانەكان دەگۆڕێت،
لەوانەيە بريتى بێت لە زيادبوونى چركردنەوەى پێكهاتە هەڵچووەكان
وەك گۆگرديكى ديميتێل.
بەڵام كاريگەرى واربێرگ تەنها نيشاندەرى چالاكى شێرپەنجەيە،
و هيچ شتێك دەرناكەوێت لە جۆرێكى تايبەتى شێرپەنجە.
دياريكەرى زياتر بۆ دەستنيشان كردنى پێويستە.
بۆ بەدەستهێنانى ئەم جياوازيە وردانە،
تۆژەران بەراوردى كەسە هەناسە تەندروستەكان دەكەن
و هەناسەى ئەكەسانەى تووشى نەخۆشى تايبەت بوون
بەكارهێنانى زانياريە تايبەتەكان پشت بە سەدان نموونەى هەناسەدان دەبەستن.
ئەم شيكاريە ئاڵۆزە پێويستى بە جۆرێكى جياواز هەيە،
بۆ دۆزينەوەى هەستەوەرى پێوانەيى كهول.
گەشەكردن كەم بوو.
هەندێك جياوازى لەنێوان پێكهاتەى تاكەكان هەيە
بەهۆى ئەوەى چۆن پێكهاتەكان لەناو مەودايەكى كارەبايدا دەجوڵێن.
ئەوانى تر مەودايەكى بەرگريكار بەكاردەهێنن كە لە ماددە جياوازەكانەوە دروست دەكرێت
هەر يەكێكيان بەرگريەكەى دەگۆڕێت بۆ خستنە ڕووى تێكەڵەيەكى دياريكراو
لە پێكهاتە ئەنداميە هەڵچووەكان.
هەروەها بەرەنگارى تريش هەيە.
ئەم ماددانە لە چڕبونەوەيەكى كەمدا ئامادەن-
بەشێوەيەكى ئاسايى بۆ هەر بەشێك مليۆنێك،
ڕێژەيەكى زۆر كەمترە لە چڕبوونەوەى ئيتانۆل لە هەناسەدا.
لەوانەيە جگە لە نەخۆشى ئاستى پێكهاتەكان كاريگەرى لەسەر ئەو هۆكارانە هەبێت،
لەوانەيە: تەمەن، ڕەگەز، خۆراك و شێوازى ژيان.
لە كۆتايدا، كێشەيەك هەيە
پەيەندى بە جياوازى پێكهاتەكان لە نموونەكە هەيە
لە جەستەي نەخۆشدا بەرهەمى دەهێنين
كە لە ژينگەى دەورووبەر هەڵمژراوە
كەمێك پێش پشكنينەكە.
بەهۆى ئەو بەرەنگاريانەى هێشتا لە شيكارى هەناسەدان ئامادە نيە.
بەڵام پشكنينە سەرەتاييە پزيشكيەكان لەسەر سى و كۆڵۆن،
و شێرپەنجەكانى تر ئەنجامى هاندەريان هەبوو.
لەوانەيە ڕۆژێك دەستنيشان كردنى شێرپەنجە ئاسان بێت وەك هەناسە دان و هەناسە فڕێدان.
¿Cómo es que un alcoholímetro puede medir el volumen de alcohol en sangre de alguien
horas después de su última bebida y solo basándose en un soplo?
La respiración exhalada contiene cientos e incluso miles
de compuestos orgánicos volátiles:
pequeñas moléculas suficientemente livianas para viajar como gases.
Uno de ellos es el etanol que consumimos en bebidas alcohólicas.
Viaja por el torrente sanguíneo hacia diminutos sacos de aire en los pulmones,
y se convierte en aire que exhalamos a una concentración 2000 veces menor,
en promedio, que en la sangre.
Cuando una persona sopla en el alcoholímetro,
el etanol de su aliento pasa a una cámara de reacción.
Allí, es convertido en otra molécula llamada ácido acético,
un tipo especial de reactor que produce una corriente eléctrica en dicha reacción.
La fuerza de la corriente indica la cantidad de etanol
en la muestra de aire y, por extensión, en la sangre.
Además de los compuestos orgánicos volátiles como el etanol
que consumimos en comidas y bebidas,
los procesos bioquímicos de nuestras células producen muchos otros.
Cuando algo altera esos procesos, como por ejemplo una enfermedad,
el conjunto de esos compuestos orgánicos volátiles en la respiración
también puede modificarse.
¿Podríamos detectar una enfermedad analizando la respiración de una persona,
sin utilizar métodos de diagnóstico más invasivos
como son las biopsias, las extracciones de sangre o los estudios radiográficos?
En teoría, sí.
Pero las pruebas para detectar otras enfermedades son más complicadas.
Para identificar enfermedades,
los investigadores necesitan buscar grupos de diez compuestos en la respiración.
Una enfermedad determinada puede causar que alguno de estos compuestos
crezca o reduzca su concentración, mientras que otros no cambian.
El perfil cambia para cada enfermedad
e incluso puede variar según distintas fases de la misma enfermedad.
Por ejemplo, el cáncer es el candidato más investigado de todos
a través del análisis de la respiración.
Uno de los cambios bioquímicos que numerosos tumores causan
es el gran aumento en el proceso de generación de energía
llamada glucólisis,
conocido como el efecto Warburg.
Este aumento en la glucólisis provoca un aumento de metabolitos como el lactato,
el cual puede afectar a un torrente completo de procesos metabólicos
y producir finalmente una composición de respiración alterada,
que posiblemente incluya una creciente concentración de compuestos volátiles
como el sulfuro de dimetilo.
Pero el efecto Warburg es solo un posible indicador de actividad cancerígena
y no revela nada sobre el tipo de cáncer.
Se necesitan más indicadores para hacer un diagnóstico.
Para encontrar estas sutiles diferencias
se compara la respiración de personas saludables
con la de personas que sufren alguna enfermedad,
usando perfiles basados en cientos de pruebas de respiración.
Este análisis complejo
requiere de un diferente y más versátil tipo de sensor que el alcoholímetro.
Hay unos cuantos en desarrollo.
Algunos diferencian entre compuestos individuales
al observar cómo se mueven por una serie de campos eléctricos.
Otros utilizan una variedad de resistores de diferentes materiales,
cada uno de los cuales cambia su resistencia cuando se lo expone
a una cierta combinación de compuestos orgánicos volátiles.
También hay otros desafíos.
Estas substancias están presentes en proporciones extremadamente pequeñas,
algunas partes cada mil millones,
mucho menos que las concentraciones de etanol en la respiración.
Factores diferentes a la enfermedad pueden afectar los niveles de compuestos,
como la edad, el sexo, la nutrición y el estilo de vida.
Por último, está el asunto de distinguir qué compuestos de la muestra
fueron producidos en el cuerpo del paciente
y cuáles fueron inhalados del entorno poco antes de la prueba.
A causa de estos desafíos, los análisis del aliento no están listos aún.
Pero ensayos clínicos preliminares de cáncer de pulmón, colon y otros
han tenido resultados alentadores.
Algún día, detectar el cáncer tempranamente
podría ser tan fácil como inspirar y exhalar.
چگونه است که یک نفس سنج می‌تواند میزان الکل خون فردی را،
ساعت‌ها پس از مصرف آخرین گیلاسش، تنها بر پایه تنفس تعیین کند؟
نفسی که بیرون می‌دهیم می‌تواند شاملِ مقدار کمی از صدها، شاید هم هزاران،
ترکیبات آلی فرار باشد:
مولکول‌های کوچکی که آن‌قدر سبک باشند تا بتوانند مانند گاز‌ها حرکت کنند.
یکی از آن‌ها ِاتانول است، که در مشروبات الکلی مصرف می‌شود.
که از طریق جریان خون تا گویچه‌های کوچک هوای داخل شش‌ها حرکت می‌کند،
و با میزان ۲,۰۰۰ برابر تمرکز کمتر در هوای بازدم،
به‌طور متوسط، نسبت به جریان خون.
وقتی کسی در یک نفس سنج می‌دمد،
اِتانول موجود در بازدم از یک محفظه واکنشی عبور می‌کند.
آنجا، به مولکولی دیگر تبدیل می‌شود، که نامش استیک اسید است،
این در یک راکتور خاص که در طول واکنش جریان الکتریکی ایجاد می‌کند، انجام می‌شود.
میزان جریان، نشان‌دهنده مقدار اِتانول
در نمونه هوا، و به همین صورت در خون است.
علاوه بر ترکیبات فرار آلی مانند اِتانول
ما غذا و نوشیدنی هم مصرف می‌کنیم،
فرایند بیوشیمیایی سلول‌های ما خیلی‌های دیگر را هم تولید می‌کند.
و وقتی چیزی این فرآیند‌ها را مختل می‌کند، مثل بیماری،
مجموعه ترکیبات آلی فرار در تنفس
هم ممکن است تغییر کنند.
پس آیا ممکن است بتوانیم بیماری‌ها را با تحلیل تنفس شخص تشخیص دهیم،
بدون نیاز به استفاده از ابزار‌های تشخیصی تهاجمی
مانند نمونه‌برداری، خون‌گیری، و عکس‌برداری با اشعه؟
از دید نظری، بله،
اما آزمایش برای بیماری، از آزمایش الکل خیلی پیچیده‌تر است.
برای تشخیص بیماری،
محققین باید به مجموعه‌ای از ده‌ها ترکیب در تنفس توجه کنند.
هر بیماری ممکن است در برخی از این ترکیبات
افزایش یا کاهش تراکم ایجاد کند، و بقیه ممکن است تغییری نکنند —
مشخصات آن احتمالاً برای هر بیماری متفاوت است،
و حتی می‌تواند در مراحل مختلفِ همان بیماری هم متفاوت باشد.
برای مثال، سرطان‌ها جزوِ انتخاب‌هایی هستند که بیشترین تحقیقات
در تشخیص، توسط نفس سنج رویشان انجام‌شده.
یکی از تغییرات زیست‌شیمیایی که غده‌ها ایجاد می‌کنند
افزایشی زیاد در فرآیند تولید انرژی است
که گلیکولیز نامیده می‌شود.
و به نام «اثر واربورگ» شناخته می‌شود،
این افزایش در گلیکولیز منجر به افزایش متابولیت‌هایی مانند لاکتیت می‌شود
که در نتیجه خودش باعث زنجیره‌ای از فرآیند‌های سوخت‌وساز می‌گردد
و نهایتاً باعث تغییر ترکیبات بازدم می‌شود،
احتمالاً شامل افزایش میزان ترکیبات فراری
مانند دی‌متیل سولفاید.
اما اثر واربورگ تنها یکی از نشان‌دهنده‌های احتمالی فعالیت‌های سرطانی است،
و نوع سرطان را مشخص نمی‌کند.
نشانگر‌های خیلی بیشتری برای تشخیص لازم است.
برای یافتن این تفاوت‌های ناچیز،
محققان، تنفس افراد سالم را
با تنفس افرادی که بیماری خاصی دارند
با استفاده از مشخصاتِ صدها نمونه تنفسی مقایسه می‌کنند.
این تحلیل پیچیده اساساً به
انواع دیگری از حسگر‌ها، نسبت به نفس سنج الکل نیاز دارند.
که چند نوع از آن‌ها توسعه یافته است.
بعضی در بین هر کدام از ترکیبات،
با مشاهده حرکتشان در میانِ میدان‌های الکتریکی تفاوت قائل می‌شوند.
بقیه، از آرایه‌ای از مقاومت‌های ساخته شده توسط مواد مختلف استفاده می‌کنند
که هر کدام میزان مقاومتش در برخورد با میزان متفاوتی
از ترکیبات آلی فرار تغییر می‌کند.
چالش‌های دیگری هم وجود دارند.
این مواد در مقادیر بسیار کمی موجودند —
معمولاً در ابعاد یک در میلیون،
خیلی کمتر از میزان اتانول موجود در تنفس.
سطوح ترکیبات ممکن است تحت تأثیرِ چیز‌های دیگری غیر از بیماری قرار گیرد،
مثلاً سن، جنسیت، تغذیه و شیوه زندگی.
نهایتاً، این مسئله وجود دارد
که تشخیص دهیم کدام ترکیب در نمونه
در بدن بیمار تولید شده
و اینکه کدام از محیط اطراف تنفس شده
در همان زمان آزمایش.
به خاطر این مشکلات، نفس سنج هنوز کاملاً آماده نیست.
اما آزمایش‌های اولیه کلینیکی در سرطان‌های ریه، روده بزرگ،
و دیگر سرطان‌ها نتایج مثبتی داشته است.
یک روز، تشخیص زودهنگام سرطان شاید به‌راحتی فوت کردن باشد.
Comment un alcootest mesure-t-il le taux d'alcool dans le sang
des heures après avoir bu de l'alcool, sur la base de notre haleine uniquement ?
Notre haleine contient des traces de centaines, voire de milliers
de composants organiques volatiles :
des molécules très petites et légères se déplaçant aussi aisément que des gaz.
L'éthanol, qui fait partie de nos consommations alcoolisées, en fait partie.
Il est véhiculé par notre sang et arrive dans les poumons.
Il passe ensuite dans notre haleine avec une concentration 2 000 fois inférieure
en moyenne, que son taux dans le sang.
Quand on souffle dans un alcootest,
l'éthanol dans l'air que nous expirons passe dans une chambre de réaction.
Il est converti dans une autre molécule appelée acide acétique
dans un réacteur particulier qui produit un courant électrique pendant la réaction.
La puissance du courant indique le taux d'éthanol
dans l'échantillon d'air et par extension, dans le sang.
Outre les composants organiques volatiles comme l'éthanol
que nous consommons dans notre alimentation,
les processus biochimiques de nos cellules en produisent beaucoup d'autres.
Quand ces processus sont perturbés par un événement, une maladie par exemple,
la composition de ces composants inclus dans notre haleine
peut être altérée aussi.
Serait-il possible de détecter une maladie en analysant l'haleine d'une personne,
sans les outils de diagnostic plus invasifs
que sont les biopsies, les prises de sang et les radiations ?
En théorie, la réponse est oui.
Toutefois, diagnostiquer une maladie s'avère plus compliqué que pour l'alcool.
Pour identifier des maladies,
les chercheurs doivent observer une série de dizaines de composants
contenus dans l'haleine.
Une maladie particulière peut provoquer une variation
dans la concentration de certains composants, sans altérer les autres.
Chaque maladie aura sa propre signature
et pourrait même marquer l'haleine différemment selon son évolution.
Prenons les cancers, les candidats les plus étudiés
pour développer un outil de diagnostic basé sur l'haleine.
Un des changements biochimiques causés par de nombreuses tumeurs
est l'augmentation drastique d'un processus qui produit de l'énergie
appelé la glycolyse.
Connue sous le nom d'Effet Warburg,
l'augmentation de glycolyse résulte dans une augmentation des métabolites
comme le lactate,
qui elle-même influence une cascade de processus métaboliques
avec pour conséquence l'altération de la composition de notre haleine,
incluant probablement une concentration plus forte de composants volatiles
comme le sulfure de diméthyle.
L'Effet Warburg est un des indicateurs potentiels d'activité cancéreuse
et ne dit rien sur le type de cancer.
D'autres indicateurs seront nécessaires pour réaliser un diagnostic.
Pour trouver ces différences subtiles,
les chercheurs comparent l'haleine de personnes saines
avec celles de personnes qui souffrent d'une maladie précise
à partir de centaines de profils d'haleine.
Cette analyse complexe exige des types de capteurs polyvalents
très différents de ceux employés pour un alcootest.
Un petit nombre sont en cours de développement.
Certains différencient les composants individuels
en observant le flux des composants à travers un set de champs électriques.
D'autres utilisent une matrice de résistance faite de plusieurs matériaux
dont la résistance est altérée par l'exposition à des mélanges précis
de composants organiques volatiles.
Il y a d'autres défis encore.
Ces substances sont présentes en des concentrations extrêmement faibles,
typiquement, quelques molécules par milliards,
une concentration bien plus faible que l'éthanol dans l'haleine.
D'autres facteurs que la maladie peuvent aussi altérer le niveau de ces composants
comme l'âge, le sexe, la nutrition et l'hygiène de vie.
Enfin, il y a le problème
de distinguer quels composants dans les échantillons
ont été produits par le corps du patient
de ceux présents dans l'environnement qui ont été inhalés
peu de temps avant le test.
Tous ces défis rendent les tests d'haleine précaires aujourd'hui.
Mais des premiers tests cliniques pour le cancer du poumon ou du côlon
montrent des résultats encourageants.
Un jour, détecter tôt un cancer deviendra peut-être aussi simple que respirer.
איך מד נשימה לאלכוהול יכול למדוד את רמת האלכוהול בדם של אדם,
שעות אחרי המשקה האחרון שלהם, בהתבסס על הנשימה שלהם בלבד?
נשיפה מכילה כמויות קטנות של מאות, אפילו אלפים,
של רכיבים אורגניים נדיפים:
מולקולות זעירות וקלות מספיק לנוע בקלות כגזים.
אחד מאלה הוא אתנול, שאותו אנחנו צורכים במשקאות אלכוהוליים.
הוא נע במחזור הדם לשקיות אויר זעירות בריאות,
עובר לאויר נפלט בריכוז קטן פי 2,000,
בממוצע, מאשר בדם.
כשמישהו נושם לתוך מד נשיפה,
האתנול בנשימה שלהם עובר בתוך תא תגובה.
שם, הוא מומר למולקולה אחרת, שנקראת חומצה אצטית,
בסוג מסויים של מגיב שמייצר זרם חשמלי במהלך התגובה.
הכוח של הזרמים האלה מצביע על כמות האתנול
בדוגמית האויר, וכתוצאה מכך על הכמות בדם.
בנוסף לתרכובות אורגניות נדיפות כמו אתנול
שאנחנו צורכים באוכל ושתיה,
התהליכים הביוכימיים של התאים שלנו מייצרים רבות אחרות.
וכשמשהו מפריע לתהליכים האלה, כמו מחלות,
אוסף התרכובות האורגניות הנדיפות בנשימה
יכול גם להשתנות.
אז האם נוכל לזהות מחלות על ידי ניתוח נשימה של אנשים,
בלי להשתמש בבדיקות יותר פולשניות
כמו ביופסיה, בדיקת דם וקרינה?
בתיאוריה - כן,
אבל בדיקה לזיהוי מחלות הרבה יותר מורכבת מבדיקת אלכוהול.
כדי לזהות מחלות,
חוקרים צריכים להביט בסדרה של עשרות תרכובות בנשימה.
מחלה נתונה יכולה לגרום לכמה מהתרכובות האלו
לגדול או לקטון בריכוז, בעוד אחרות אולי לא ישתנו --
הפרופיל יהיה כנראה שונה בכל מחלה,
ויכול אפילו להשתנות בשלבים שונים של אותה מחלה.
לדוגמה, סרטנים הם בין המועמדים הכי נחקרים
לאבחון באמצעות ניתוח נשימה.
אחד מהשינויים הביוכימיים שהרבה גידולים גורמים
הוא עליה ניכרת בתהליך יצור האנרגיה
שנקרא גליוקוליסיס.
ידוע יותר כאפקט ורבורג,
העליה הזו בגליקוליסיס מובילה לעליה במטבוליטים כמו חומצת חלב
שבתורה יכולה להשפיע על מפל שלם של תהליכים מטבוליים
ולבסוף מביאים להרכב נשיפה שונה,
אולי כולל ריכוז מוגבר של תרכובות נדיפות
כמו דימטיל סולפט.
אבל אפקט ורבורג הוא רק סמן פוטנציאלי אחד לפעילות סרטנית,
ולא מגלה כלום על סוג הסרטן הספציפי.
עוד הרבה סמנים דרושים כדי לעשות אבחנה.
כדי לגלות את ההבדלים העדינים האלה,
חוקרים משווים את הנשימה של אנשים בריאים
עם נשימה של אנשים שסובלים ממחלות מסויימות
בשימוש בפרופילים שמבוססים על מאות דוגמאות נשימה.
הניתוח המורכב הזה דורש גלאים שונים במהותם,
יותר מגוונים ממד הנשימה לאלכוהול.
יש כמה בפיתוח.
כמה מבחינים בין תרכובות בודדות
על ידי אבחון של איך תרכובות נעות דרך סט של שדות חשמליים.
אחרים משתמשים במערך של נגדים שעשויים חומרים שונים
שכל אחד משנה את ההתנגדות שלו כשהוא חשוף לעירוב מסויים
של חומרים אורגניים נדיפים.
יש גם עוד אתגרים.
החומרים האלה נוכחים בריכוזים ממש נמוכים --
בדרך כלל חלקים בודדים למיליארד,
הרבה יותר נמוכים מריכוזי אתנול בנשימה.
רמות תרכובות אולי מושפעות מגורמים אחרים ממחלות,
כולל גיל, מגדר, תזונה ואורח חיים.
לבסוף, יש את הנושא
של זיהוי אילו תרכובות בדוגמית
יוצרו בגוף החולה
ואילו נשאפו מהסביבה
מעט לפני המבחן.
בגלל האתגרים האלה, ניתוח נשימה עדין אינו בשל.
אבל לנסיונות רפואיים ראשוניים של סרטן ריאות,
מעי, וסוגים אחרים יש תוצאות מעודדות.
יום אחד, זיהוי סרטן מוקדם אולי יהיה קל כמו שאיפה ונשיפה.
Bagaimana bisa breathalyzer mengukur kadar alkohol dalam darah seseorang,
bahkan selang berjam-jam setelah mabuk, dari hembusan napasnya saja?
Hembusan napas mengandung sejumlah jejak
dari ratusan bahkan ribuan senyawa organik yang mudah menguap,
yakni molekul-molekul kecil dan ringan yang dapat bergerak bebas seperti gas.
Salah satunya ialah etanol, yang memasuki tubuh saat mengonsumsi minuman beralkohol.
Molekul ini bergerak melalui aliran darah menuju kantung udara kecil pada paru-paru,
kemudian dilepaskan dalam hembusan napas dengan konsentrasi 2.000 kali lebih rendah
secara rata-rata, dibandingkan di darah.
Jika seseorang menghembuskan napas ke breathalyzer,
etanol pada napasnya akan menuju bejana reaksi.
Molekul ini akan diubah menjadi molekul lain, yakni asam asetat,
dalam suatu reaktor khusus yang dapat menghasilkan arus listrik saat bereaksi.
Nilai arus yang dihasilkan mengindikasikan kadar etanol
pada sampel udara, sekaligus dalam darah orang tersebut.
Selain senyawa organik volatil, seperti etanol tadi,
yang masuk ke tubuh dari makanan serta minuman,
proses biokimia pada sel-sel kita juga menghasilkan senyawa volatil lainnya.
Jika sesuatu mengganggu proses ini, katakanlah suatu penyakit,
kumpulan senyawa organik volatil pada hembusan napas kita
juga dapat berubah.
Maka, dapatkah kita mendeteksi penyakit dengan menganalisis hembusan napas,
tanpa menggunakan alat diagnosa yang lebih invasif
seperti biopsi, uji darah, dan penggunaan radiasi?
Secara teoritis, bisa saja,
namun, pengujian penyakit jauh lebih rumit daripada uji kadar alkohol.
Untuk mengidentifikasi penyakit,
peneliti harus mendeteksi puluhan senyawa sekaligus dari hembusan napas.
Suatu penyakit bisa menyebabkan sebagian senyawa tertentu
meningkat atau menurun konsentrasinya, sedangkan senyawa lain tidak berubah.
Profil senyawa ini kemungkinan berbeda-beda untuk setiap penyakit,
dan bahkan dapat bervariasi tergantung tingkat keparahan suatu penyakit.
Misalnya, kanker adalah kandidat yang paling banyak diteliti
untuk didiagnosis melalui analisis hembusan napas.
Salah satu perubahan biokimia yang disebabkan oleh tumor
ialah peningkatan yang besar pada proses produksi energi
yang disebut glikolisis.
Efek ini dikenal dengan Warburg Effect.
Peningkatan glikolisis menyebabkan meningkatnya metabolit seperti asam laktat
yang dapat memengaruhi keseluruhan proses metabolisme
dan sangat memengaruhi perubahan kandungan napas,
yang mungkin mencakup peningkatan senyawa volatil
seperti dimetil sulfida.
Namun, Efek Warburg ini hanya satu potensi indikator dari aktivitas kanker,
dan tidak menunjukkan jenis kankernya.
Maka, diperlukan lebih banyak lagi indikator untuk melakukan diagnosis.
Supaya lebih mudah dibedakan,
peneliti membandingkan hembusan napas manusia sehat
dengan hembusan napas manusia yang mengidap penyakit tertentu
menggunakan profil senyawa berdasarkan ribuan sampel hembusan napas.
Analisis rumit ini membutuhkan tipe sensor yang berbeda
dan lebih serba guna dibandingkan breathalyzer alkohol.
Hingga saat ini, beragam alat dikembangkan.
Beberapa alat membedakan masing-masing senyawa
dengan mengamati bagaimana senyawa bergerak melalui rangkaian arus listrik.
Alat lainnya menggunakan rangkaian penghambat dari beragam material
yang masing-masing akan mengubah nilai hambatannya
jika mengalami kontak dengan campuran senyawa organik volatil tertentu.
Selain itu, terdapat tantangan lain,
yaitu senyawa-senyawa ini terdeteksi dalam konsentrasi yang sangat rendah,
dalam kisaran bagian per miliar (bpm),
jauh lebih rendah lagi dari konsentrasi etanol dalam napas.
Kadar senyawa-senyawa ini dapat dipengaruhi oleh faktor selain penyakit,
termasuk umur, jenis kelamin, nutrisi yang dikonsumsi, serta gaya hidup.
Terakhir, terdapat masalah
dalam membedakan senyawa pada sampel
yang dihasilkan oleh tubuh pasien sendiri
atau yang dihirupnya dari lingkungan
sebelum pengujian napas dilakukan.
Dikarenakan beragam tantangan di atas, uji hembusan napas belum siap digunakan.
Namun, uji klinis awal pada kanker paru-paru, usus besar,
serta kanker jenis lainnya telah menunjukkan hasil yang menjanjikan.
Suatu hari nanti, mendeteksi kanker sedini mungkin akan semudah bernapas.
アルコール検知器は 血中アルコール濃度を
飲酒を終えて何時間もたった後に 息だけで どのように計測するのでしょう
呼気には 数百 時には数千種もの
揮発性有機化合物が 微量に含まれています
それらは軽く 気体として簡単に移動する低分子です
そのうちの一つはエタノールで 私たちが摂取するアルコール飲料に含まれます
エタノールは 血流に乗って 肺の中の小さな肺胞へと移動し
呼気として吐き出されるとき その濃度は平均で
血中濃度の2000分の１になります
アルコール検知器に息を吹きかけると
呼気中のエタノールが 反応室に入ります
そこで 酢酸と呼ばれる もう一つの分子に 変換されます
特別な反応装置の中で 化学反応の間に 電流が生じるのです
電流の強さは
空気 ひいては血液のサンプル中の エタノールの量を示します
私たちが食べ物や飲み物から摂取する
エタノールのような 揮発性有機化合物に加えて
細胞の生化学過程では その他多くのものが作られます
その過程が 何か病気などによって 阻害されると
呼気中の揮発性有機化合物も
変化するかもしれません
では 人の息を分析すれば 疾患の検知を
侵襲的な診断法 ―
生体組織検査や採血 放射線などを 使わずにできるでしょうか
理論上は 可能です
しかし 疾患の検査は アルコールの検査より さらに複雑です
疾患を特定するには
研究者は 呼気中の何十もの 一連の化合物を調べる必要があります
ある疾患では これらの化合物のいくつかで
濃度が増減するものもあれば 変化しないものも あるかもしれません
それぞれの疾患によって プロファイルはおそらく異なり
同じ疾患でも ステージ(病期)によって 異なるかもしれません
例えば がんは呼気分析による診断で
もっとも研究されている疾患の一つです
多くの腫瘍が引き起こす 生化学的変化の一つに
エネルギー産生過程
いわゆる解糖系の亢進があります
これは ワールブルグ効果として 知られており
この解糖系の亢進の結果 乳酸のような代謝物が増加し
全ての代謝過程に 次々と影響を与えます
最終的には 呼気組成が変化し
硫化ジメチルなどの 揮発性有機化合物の濃度が
増える可能性があります
しかし ワールブルグ効果は がん活動の潜在的な指標の一つにすぎず
がんの種類については 何も明らかになりません
診断には さらに多くの指標が必要です
わずかな違いを見つけるために
研究者は 健康な人の息と
特定の疾患にかかっている人の息を 比べます
これには 何百もの息のサンプルに基づいた プロファイルを使います
この複雑な分析には アルコール検知器とは根本的に異なる
もっと多目的なタイプのセンサーが必要です
現在 開発中のものがいくつかあり
電界の中で 化合物の動きを観察し
見分けるものもあります
他には 様々な材料でできた抵抗アレイに
特定の組み合わせの 揮発性有機化合物を接触させ
各抵抗の抵抗値の変化を見るものもあります
他にもいくつか課題があります
これらの物質は 非常に低濃度で存在しており
普通はわずか 数ppb(10億分の１)程度で
呼気中のエタノールの濃度より ずっと低いのです
化合物のレベルは 病気以外の要因によっても左右されます
年齢 性別 栄養状態 ライフスタイルなどです
最後に挙げる問題としては
サンプル内の化合物のうち
患者の体内で生成されたものと
検査の直前に吸い込んだものとを
区別することです
これらの課題が残っており 呼気分析は まだ実用化に至っていません
しかし 肺がんや大腸がん その他のがんにおける
予備的な臨床試験では 有望な結果が出ています
がんの早期発見は いつか呼吸と同じくらい いとも簡単なことになるかもしれません
어떻게 음주측정기는 술을 마신 지 몇 시간이 지난 사람의 숨결만으로
혈중 알콜농도를 측정할 수 있을까요?
내뱉은 숨결에는 수백, 혹은 수천 개의 휘발성 유기 화합물의
흔적이 담겨 있습니다.
가스만큼 가벼워 쉽게 이동할 수 있는 작은 분자형태로 말이죠.
이런 분자들 중 하나가 바로 우리가 술을 마시면 섭취하게 되는 에탄올이죠.
에탄올은 혈액을 따라 이동하여 폐 속 작은 폐포까지 다다르게 되고,
결국 혈중 농도보다 평균적으로 2000배 낮은 농도로
내뱉는 숨결을 따라 흘러나오게 됩니다.
음주자가 음주측정기에 대고 숨을 쉬면,
숨결에 포함된 에탄올이 반응 센서로 흘러들어가게 됩니다.
거기서 특수반응기로 흘러 들어간 에탄올은 아세트산이라는 분자로 전환되며
그러한 전환이 일어나는 동안, 특수반응기는 전류를 생성합니다.
그 전류의 강도가 표본 숨결에 포함된 에탄올의 농도를 나타내며,
더 나아가 혈중 에탄올 농도를 나타냅니다.
우리가 음식을 섭취하거나 술을 마시면, 생화학 과정을 통해
세포들은 에탄올과 같은
휘발성 유기 화합물 뿐 아니라, 다른 수 많은 것들을 생성해 냅니다.
그리고 질병과 같은 것이 그 과정을 방해하게 되면,
숨결에 포함된 휘발성 유기 화합물의 조합이
달라질 수도 있습니다.
그렇다면 우리는 조직검사나 채혈, 방사선 검사와 같은
외과적 진단 과정 없이 숨결을 분석하는 것만으로
질병을 진단할 수 있을까요?
이론상 가능하긴 합니다.
하지만 질병 검사는 알콜 농도 검사보다 훨씬 더 복잡한 일입니다.
질병을 진단하기 위해,
숨결에 함유된 수 십 묶음의 화합물을 연구자들이 살펴보아야 합니다.
이러한 화합물 중 일부의 농도는 특정 질병으로 인해서
진해지거나 묽어지지만, 나머지에는 아무 변화가 없을 수 있습니다.
이러한 복합물의 개요는 질병마다 다르겠지요.
심지어 같은 질병일지라도 진행 정도에 따라서 달라질 수 있죠.
예를 들어, 숨결을 분석하여 진단하려는 질병 중 암은
가장 심도 깊게 연구한 분야입니다.
많은 종양이 유발한 생화학 변화 중 하나는
당분해라는 에너지 생성 과정이
엄청나게 촉진된다는 것입니다.
바르부르크 효과라고 알려진
이러한 현상은 신진 대사 물질 분비를 촉진시켜 젖이 분비되기도 하며
그 결과 전체 신진 대사의 흐름에도 영향을 미치게 됩니다.
결국 디메틸설파이드 같은 휘발성 복합물의 농도가
진해지는 현상을 포함하여 숨결에 포함된 구성 물질이
변하는 결과를 가져옵니다.
하지만 바르부르크 효과는 암 활동성을 보여줄 잠재적 표지 중 하나일 뿐이며,
특정한 암을 진단할 수 있는 어떠한 정보도 보여주지 못합니다.
진단을 내리기 위해선 훨씬 더 많은 지표들이 필요합니다.
이런 미세한 차이들을 구별하기 위해
연구자들은 수백 개의 숨결 표본을 바탕으로 만들어진 개요표를 이용하여,
특정 질병을 앓고 있는 사람들의 숨결과 건강한 사람들의 숨결을 비교합니다.
이 복잡한 분석을 위해선 음주측정기와는 근본적으로 다른
좀 더 다목적의 센서가 필요합니다.
현재 센서들이 개발 중에 있습니다.
어떤 센서는 복합물이 어떻게 전류를 통과하는 지를 관측하여
각각의 복합물들을 구별해 냅니다.
특정 구성의 휘발성 유기 복합물에 노출이 되면
각각 그 저항력을 달리하는 다양한 물질로 만들어진
일련의 저항기를 탑재한 센서들도 있습니다.
다른 어려움들도 있습니다.
이 물질들이 극히 낮은 농도로 존재한다는 점입니다.
보통 십억 분의 일의 농도로,
숨결에 포함된 에탄올의 농도보다 훨씬 낮은 농도입니다.
복합물의 농도는 질병 이외에 나이, 성별, 영양 상태, 생활방식 등
다른 요소들의 영향을 받을 수도 있습니다.
마지막으로, 숨결 표본 중
어떤 복합물이 환자의 몸에서 생성된 것인지
아니면 검사 직전 호흡을 통해
주변 환경에서 유입된 것인지 식별해 내는 데
어려움이 있습니다.
이런 어려움들 때문에, 숨결을 통한 질병진단은 아직 무리입니다.
하지만 폐암, 결장암 그리고 다른 많은 암을 진단하기 전
시행하는 예비 임상 시험으로서는 괄목할 만한 결과를 보여주고 있습니다.
언젠가는 초기에 암을 진단하는 것이 숨 쉬는 것만큼 쉬워질지도 모릅니다.
အသက်ရှုတိုင်းကိရိယာဟာ လွန်ခဲ့တဲ့နာရီများစွာက အရက်သောက်ထားသူရဲ့
သွေးထဲကအရက်ကို ထွက်သက်ကိုတိုင်းရုံနဲ့ ဘယ်လိုအာရုံခံနိုင်တာလဲ?
ထွက်သက်မှာ အငွေ့ပျံတတ်တဲ့ အော်ဂဲနစ်ကွန်ပေါင်း ရာထောင်ချီအောင်
ပါဝင်ပြီး ဒီကွန်ပေါင်းတွေဟာ
အငွေ့တွေလို ပေါ့ပါးတဲ့ မော်လီကျူးတွေပါ။
အရက်တွေမှာပါတဲ့ အီသနောဟာ ဒီထဲကတစ်ခု ဖြစ်တာမို့
သွေးထဲမှာလှည့်လည်နေရင်း အဆုတ်ထဲက လေအိတ်ငယ်လေးတွေဆီရောက်ကာ
ထွက်သက်တွင်းကို ရောက်ရှိသွားပါတယ်။ ဒီပမာဏဟာ သွေးထဲက ပမာဏထက်
အဆနှစ်ထောင် ပိုလျော့ပါတယ်။
လူတစ်ယောက် အသက်ရှူတိုင်းကိရိယာနဲ့ အသက်ရှူတဲ့အခါ
ထွက်သက်မှာပါတဲ့ အီသနောဟာ ဓာတ်ပြုခန်းထဲကို ရောက်သွားပါတယ်။
အဲ့သည့်မှာ အီသနောကို Acetic အက်ဆစ်အဖြစ် ပြောင်းလဲလိုက်ပါတယ်။
အထူးဓာတ်ပေါင်းဖိုက ဒီဓာတ်ပြုခြင်းကနေ လျှပ်စီးလမ်းကြောင်း ဖြစ်လာစေပါတယ်
ဒီလျှပ်စီးပမာဏဟာ သွေးကနေတဆင့်
ထွက်သက်ထဲရောက်လာတဲ့ အီသနောပမာဏကို ညွှန်ပြနေပါတယ်။
အီသနောလို အငွေ့ပျံလွယ်တဲ့ ကွန်ပေါင်းတွေဟာ
ကျွန်တော်တို့ စားသောက်ဖွယ်ရာတွေထဲ ပါသလို
ကျွန်တော်တို့ဆဲလ်တွေ ဇီဝဓာတုဖြစ်စဥ်တွေကလဲ ထုတ်လွှတ်ပါတယ်။
ဒါကြောင့် ရောဂါ ဒါမှမဟုတ် ချို့ယွင်းချက်တစ်ခုခုဖြစ်လာရင်
ထွက်သက်မှာပါတဲ့ အငွေ့ပျံအော်ဂဲနစ်ကွန်ပေါင်းတွေကလည်း
ပြောင်းလဲပါတယ်။
ဆိုတော့ကာ အသက်ရှူတာကို တိုင်းလိုက်တာနဲ့
အသားစယူတာ၊ သွေးဖေါက်တာ၊ ဓာတ်ရောင်ခြည်သုံးတာတွေမလိုပဲ
ရောဂါတွေကို ရှာဖွေနိုင်ပါ့မလား?
သီအိုရီအရတော့ ရနိုင်ပါတယ်။
ဒါပေမဲ့ ရောဂါရှာဖွေတာဟာ အရက်ပမာဏ တိုင်းတာထက် ပိုရှုပ်ထွေးပါတယ်။
ရောဂါတွေကို ရှာဖွေဖို့ဆိုရင်
လေ့လာသူတွေဟာ ထွက်သက်ထဲက ကွန်ပေါင်းဆယ်ခုလောက်ကို ကြည့်ရမှာပါ။
ရောဂါတစ်ခုဟာ ဒီကွန်ပေါင်းကို နည်းစေ သို့မဟုတ် များစေချိန်မှာ
တခြားရောဂါတစ်ခုက ဘာမှ မပြောင်းလဲစေနိုင်ပါဘူး။
ရောဂါတိုင်းမှာ သူ့အတိုင်းအတာနဲ့သူ ရှိနေမှာဖြစ်သလို
ရောဂါတစ်ခုတည်းမှာလည်း အဆင့်ပေါ်မူတည်ပြီး ပြောင်းလဲနိုင်ပါတယ်။
ဥပမာ - ထွက်သက်တိုင်းပြီး ရောဂါရှာဖို့ စူးစမ်းလေ့လာနေတဲ့ ရောဂါများထဲမှာ
ကင်ဆာရောဂါများလည်း ပါဝင်ပါတယ်။
ကင်ဆာကျိတ်အများစုရဲ့ ဇီဝဓာတု ပြောင်းလဲမှုကတော့
Glycolysis လို့ ခေါ်တဲ့ စွမ်းအင်အများအပြား ထုတ်လွှတ်တဲ့ ဖြစ်စဥ်
ဖြစ်ပွားခြင်းပါ။
Warburg အကျိုးဆက်လို့ အသိများပါတယ်။
ဒီဖြစ်ရပ်ကြောင့် Lactate လို့ခေါ်တဲ့ ဓာတ်ကျွင်းတွေ မြင့်တက်လာပြီး
ဇီဝဓာတုပြောင်းလဲမှုတွေ အမြန်ဖြစ်ပျက်လာကာ
Dimethyl sulfide လို အငွေ့ပျံလွယ်တဲ့ ကွန်ပေါင်းတွေဟာ
ထွက်သက်အတွင်း အများအပြားပါဝင်လာပြီး
အချိုးအစားတွေ ပြောင်းလဲကုန်ပါတယ်။
ဒီ Warburg အကျိုးဆက်ဟာ ကင်ဆာဖြစ်နိုင်တဲ့ အခြေအနေကို ပြတဲ့ ညွှန်းကိန်းသာဖြစ်ပြီး
ကင်ဆာရဲ့ အခြေအနေအတိအကျကို မဖေါ်ထုတ်နိုင်ပါဘူး။
ရောဂါရှာဖွေဖို့အထိကတော့ တခြားအချက်တွေ အများကြီးလိုပါသေးတယ်။
ဒီလိုခြားနားချက်တွေကို သိဖို့
လေ့လာသူတွေဟာ ကျန်းမာတဲ့လူရဲ့ ထွက်သက်နဲ့
ရောဂါခံစားနေသူရဲ့ ထွက်သက်တွေကို နမူနာ ရာနဲ့ချီပြီးယူကာ
နှိုင်းယှဥ်လေ့လာခဲ့ကြပါတယ်။
ဒီစူးစမ်းမှုတွေအတွက် အရက်တိုင်းတဲ့စက်ထက် အာရုံပိုခံနိုင်တဲ့
အခြေခံတည်ဆောက်ပုံကွဲပြားတဲ့ Sensor တွေ လိုအပ်ပါတယ်။
တချို့တွေက စမ်းသပ်နေဆဲကာလမှာပါ။
တချို့စက်တွေက ကွန်ပေါင်းတစ်ခုတည်းကိုပဲ လျှပ်စစ်စက်ကွင်းထဲမှာ
ဘယ်လိုလှုပ်ရှားနေတယ် ဆိုတာကို ကြည့်ပြီး ခွဲခြားပါတယ်။
တချို့ကတော့ မတူတဲ့ပစ္စည်းတွေနဲ့လုပ်ထားတဲ့ လျှပ်ခံတွေကို စီထားပြီး
အဲ့သည့်လျှပ်ခံတွေက သက်ဆိုင်ရာ အငွေ့ပျံကွန်ပေါင်းတွေကို ထိတွေ့တဲ့အခါ
သူတို့ရဲ့ လျှပ်ခံနိုင်စွမ်း ပြောင်းလဲပါတယ်
အခြား အခက်အခဲတွေလည်း ရှိပါသေးတယ်။
ဒီကွန်ပေါင်းလေးတွေဟာ ထွက်သက်ရဲ့ တစ်ဘီလီယံပုံ တစ်ပုံလောက်အထိသာ
နည်းပါးစွာ ပါဝင်ပါတယ်။
အီသနောပါဝင်တာထက် အများကြီးနည်းပါတယ်။
ကွန်ပေါင်းတွေရဲ့ ပမာဏကို ရောဂါအခြေအနေထက်
အသက်၊ ကျား/မ၊ အစားအသောက်နဲ့ နေ့စဥ်ဘဝနေထိုင်ပုံတွေကလည်း လွှမ်းမိုးပါတယ်
နောက်ထပ်ပြဿနာတစ်ခုကတော့
လူနာခန္ဓာကိုယ်တွင်းက ထုတ်တဲ့ ကွန်ပေါင်းနဲ့
လတ်တလော အပြင်က ရှူသွင်းမိလိုက်တဲ့
ကွန်ပေါင်းကို ဘယ်လိုခွဲခြားကြမလဲ ဆိုတာပဲ
ဖြစ်ပါတယ်။
ဒီလို အခက်အခဲတွေကြောင့် ဒီနည်းနဲ့ ရောဂါရှာဖွေခြင်းဟာ အဆင်သင့်မဖြစ်သေးပါဘူး။
သို့သော် အဆုတ် အူမကြီးနဲ့ အခြားကင်ဆာတွေရဲ့ ဆေးသုတေသနတွေမှာ
ရလဒ်ကောင်းတွေ ရရှိနေပါတယ်။
တစ်နေ့တွင် အသက်ကိုရှူပြီး ပြန်ထုတ်ရုံနဲ့ ကင်ဆာကို စောစောစီးစီး ထောက်လှမ်းမိမှာပါ။
Como pode um bafômetro medir o nível de álcool no nosso sangue,
horas depois da última ingestão, com base apenas no sopro?
O ar exalado dos pulmões contém vestígios de centenas, até mesmo milhares,
de compostos orgânicos voláteis:
pequenas moléculas, leves o bastante para viajarem facilmente como gases.
Uma delas é o etanol, que consumimos em bebidas alcoólicas.
Ele viaja pela corrente sanguínea, até os alvéolos pulmonares,
passando para o ar exalado a uma concentração 2 mil vezes menor,
em média, do que no sangue.
Quando alguém sopra em um bafômetro,
o etanol presente no ar exalado passa para uma câmara de reação.
Lá, ele é convertido em outra molécula, chamada acido acético,
em um tipo especial de reator que produz uma corrente elétrica durante a reação.
A força da corrente indica a quantidade de etanol na amostra de ar,
e, por conseguinte, no sangue.
Além dos compostos orgânicos voláteis,
como o etanol ingerido dos alimentos e das bebidas alcoólicas,
os processos bioquímicos de nossas células produzem muitos outros.
E quando algo interfere nesses processos, como uma doença,
os compostos orgânicos voláteis presentes no ar exalado também podem variar.
Será que poderíamos detectar doenças analisando o ar exalado por uma pessoa,
sem exames de diagnósticos mais invasivos
como biópsias, radiação e exames de sangue?
Teoricamente, sim.
Mas os testes de doenças são bem mais complicados que os de nível alcoólico.
Para identificar doenças,
os pesquisadores precisariam considerar dezenas de compostos no ar exalado.
Uma dada doença pode fazer com que alguns desses compostos
aumentem ou diminuam de concentração, enquanto outros talvez não mudem.
É provável que o perfil seja diferente para cada doença
e que possa até mesmo variar em diferentes estágios dela.
Por exemplo, os tipos de câncer estão entre os candidatos
mais pesquisados para o diagnóstico pela análise do ar exalado.
Uma das reações bioquímicas que muitos tumores podem causar
é um grande aumento em um processo de geração de energia chamado glicólise,
conhecido como "Efeito Warburg",
Esse aumento da glicólise eleva os metabólitos, como o lactato,
que, por sua vez, podem afetar uma série de processos metabólicos
e, por fim, resultar na composição alterada do ar,
possivelmente incluindo uma concentração aumentada de compostos voláteis,
como o sulfóxido de dimetilo.
Mas o Efeito Warburg é apenas um possível indicador de atividade cancerosa
e não revela nada sobre o tipo de câncer.
Mais indicadores são necessários para fazer um diagnóstico.
Para encontrar essas diferenças sutis,
os pesquisadores comparam o ar exalado por pessoas saudáveis
com o de pessoas que sofrem de alguma doença,
usando perfis baseados em centenas de amostras de ar.
Essa análise complexa requer um tipo de sensor bem diferente
e mais versátil que o bafômetro.
Alguns estão sendo desenvolvidos.
Alguns diferenciam os compostos individuais,
observando como eles se movem por uma série de campos elétricos.
Outros utilizam uma gama de resistores feitos de diferentes materiais,
os quais alteram a resistência quando expostos a uma certa mistura
de compostos orgânicos voláteis.
Há outros desafios também.
Essas substâncias estão presentes em concentrações incrivelmente baixas,
geralmente apenas partes por bilhão,
muito inferiores às concentrações de etanol no ar exalado.
Os níveis dos compostos podem ser influenciados por fatores além da doença,
incluindo idade, gênero, alimentação e estilo de vida.
Por fim, existe a necessidade de distinguir quais compostos da amostra
foram produzidos no organismo do paciente
e quais foram inalados no ambiente, pouco antes do teste.
Em razão desses desafios,
a análise do ar exalado ainda não está disponível.
Mas os testes clínicos preliminares em câncer nos pulmões, no cólon
e em outros tipos de câncer têm apresentado resultados encorajadores.
Um dia, a detecção precoce do câncer
poderá ser tão fácil quanto inspirar e expirar.
Cum poate măsura un etilotest conținutul de alcool din sângele cuiva,
la câteva ore după ultima băutură, doar pe baza respirației?
Expirația conține urme fine a sute, sau chiar mii,
de compuși organici volatili:
molecule mici suficient de ușoare ce călătoresc ușor sub formă de gaze.
Unul dintre acestea este etanolul, pe care îl consumăm în băuturi alcoolice.
Călătorește prin fluxul sanguin la micii saci de aer din plămâni,
trecând în aerul expirat cu o concentrație de 2.000 de ori mai mică,
în medie, comparativ cu cea din sânge.
Când cineva expiră într-un etilotest
etanolul din respirația acestuia trece printr-o cameră de reacție.
Acolo este transformat în altă moleculă pe nume acid acetic,
într-un tip de reactor special, ce produce un impuls electric în timpul reacției.
Intensitatea impulsului electric indică cantitatea de etanol
aflată în proba de aer și implicit din sânge.
Pe lângă compușii organici volatili precum etanolul
pe care îl consumăm prin mâncare și băuturi,
procesele biochimice ale celulor noastre produc mulți alți compuși.
Iar atunci când ceva întrerupe aceste procese, cum ar fi o afecțiune,
prelevarea compușilor organici volatili din respirație
ar putea , de asemenea, să se schimbe.
Am putea să detectăm bolile, analizând respirația unei persoane,
fără să folosim instrumente de diagnosticare invazive
precum biopsia, testele de sânge și radiațiile?
În teorie, da,
dar testarea pentru afecțiuni e mult mai complicată decât pentru alcool.
Pentru a identifica afecțiunile
cercetătorii trebuie să identifice zeci de compuși din respirație.
O anumită afecțiune poate cauza ca o parte a acestor compuși
să crească sau să scadă în concentrație, iar alții ar putea să rămână la fel —
profilul acestora probabil va fi diferit în funcție de afecțiune
și ar putea chiar să varieze în diferite etape ale aceleiași afecțiuni.
De exemplu, cancerele sunt printre cele mai cercetate afecțiuni
pentru diagnosticare prin analiza respirației.
Una din schimbările biochimice cauzată de numeroase tumori
este o creștere considerabilă a unui proces care generează energie
numit glicoliză.
Cunoscut drept efectul Warburg,
acestă creștere în glicoliză rezultă într-o creștere a metaboliților ca lactoza
care, la rândul lor, afectează o mulțime de alte procese metabolice
și duc în cele din urmă la o alterare a compoziție a respirației,
incluzând probabil o concentrație ridicată de compuși volatili
precum dimetilsulfatul.
Dar efectul Warburg e doar un potențial indicator al activității canceroase,
și nu dezvăluie nimic despre tipul respectiv de cancer.
Mult mai mulți indicatori sunt necesari pentru a face un diagnostic.
Pentru a găsi diferențele subtile,
cercetătorii compara respirația oamenilor sănătoși
cu respirația oamenilor care suferă de o anumită afecțiune
folosind profilurile bazate pe sute de probe de respirație.
Această analiză complexă are nevoie de un tip de senzor
fundamental diferit față de cel pentru alcool.
Câțiva senzori se află acum în dezvoltare.
Unii diferențiază compușii individual
observând modul în care aceștia traversează anumite câmpuri electrice.
Alții folosesc o varietate de rezistori făcuți din materiale diferite
care își modifică rezistența când sunt expuși la un anumit amestec
de compuși organici volatili.
Mai sunt și alte provocări.
Aceste substanțe sunt prezente în concentrații extrem de scăzute,
de obicei de doar parți pe miliard,
mult mai scăzute ca concentrațiile de etanol din respirație.
Compușii pot fi afectați de alți factori decât bolile,
inclusiv vârstă, sexul, nutriția, și stilul de viață.
În final, există problema
recunoașterii care compuși din proba de aer
au fost produși în corpul pacientului
și care au fost inhalați din atmosferă
cu scurtă vreme înainte de test.
Din cauza acestor provocări, analiza respirației nu e destul de pregătită încă.
Dar studii clinice preliminare asupra cancerului de plămân, colon
și alte tipuri de cancer au avut rezultate încurajatoare.
Într-o zi, diagnosticarea din timp
a cancerului ar putea fi la fel de ușoară ca o respirație.
Каким образом c помощью алкотестера можно определить содержание алкоголя в крови
по выдыхаемому воздуху спустя несколько часов после употребления спиртного?
Выдыхаемые пары воздуха содержат сотни и даже тысячи
летучих органических соединений —
микроскопических молекул, вес которых настолько мал,
что они способны переноситься по воздуху, как газы.
Одной из таких молекул является этанол, содержащийся в алкогольных напитках.
Через кровоток этанол попадает в крошечные альвеолярные мешочки лёгких,
а оттуда — в выдыхаемый воздух.
При этом концентрация этанола в воздухе
оказывается в среднем в 2 000 раз меньше, чем в крови.
Когда человек делает выдох в алкотестер,
этанол с выдыхаемыми парами попадает в реакционную камеру.
Там он образует молекулу уксусной кислоты;
при этом происходит реакция, во время которой вырабатывается электрический ток.
Величина силы тока указывает на содержание этанола
в пробе воздуха и, соответственно, в крови.
Помимо летучих органических соединений, таких как этанол,
который содержится в продуктах питания и напитках,
в результате биохимических процессов
в наших клетках образуются и другие соединения.
И когда эти процессы нарушаются из-за болезни или по другой причине,
может измениться и состав летучих органических соединений.
Означает ли это, что мы можем выявить заболевание,
проанализировав выдыхаемые пары воздуха
и не прибегая к инвазивным диагностическим методам,
таким как биопсия, забор крови и лучевая диагностика?
Теоретически — да,
однако диагностирование заболевания —
процедура гораздо более сложная, нежели определение алкоголя в крови.
Чтобы выявить заболевание на основе выдыхаемого воздуха,
необходимо провести анализ десятков органических соединений.
Если человек болен, концентрация одних соединений
может увеличиться или уменьшиться,
а других — остаться неизменной.
Показатели, скорее всего, будут зависеть от каждого конкретного заболевания
или даже стадии одного заболевания.
К примеру, онкологические заболевания
являются наиболее исследованными и прекрасно подходят
для диагностирования по выдыхаемому воздуху.
Одним из биохимических изменений, вызываемых многими видами опухолей,
является ускорение процесса гликолиза,
сопровождающегося усиленным выделением энергии.
Явление, известное как эффект Варбурга,
характеризуется ускорением гликолиза
и приводит к увеличению выработки таких метаболитов, как лактат,
что в свою очередь оказывает влияние на целый ряд метаболических процессов
и в конечном итоге вызывает изменение состава выдыхаемого воздуха,
включая, вероятно, повышенную концентрацию летучих соединений,
таких как диметилсульфид.
Однако эффект Варбурга —
это лишь один из возможных показателей онкологического заболевания,
который не несёт в себе никакой информации о типе рака.
Поэтому, чтобы поставить точный диагноз,
необходимо изучить множество других показателей.
Чтобы найти едва различимые отличия,
исследователи проводят сравнительный анализ
состава выдыхаемого воздуха здоровых людей
и людей, страдающих определёнными заболеваниями,
используя клинические характеристики сотен проб выдыхаемого воздуха.
Проведение такого развёрнутого анализа требует совершенно иного,
более универсального типа датчика, отличного от алкотестера.
Сегодня разрабатывается несколько таких приборов.
Одни датчики фиксируют различия между отдельными соединениями,
отслеживая, как те передвигаются по электрическим полям.
В основе других будут использоваться резисторы,
сделанные из различных материалов,
сопротивление которых будет меняться в зависимости от состава смеси
летучих органических соединений.
Однако и здесь возникают сложности.
Концентрация летучих органических соединений бывает невероятно мала —
как правило, их содержится единицы на миллиард,
что намного меньше, чем концентрация этанола в парах выдыхаемого воздуха.
Более того, содержание смеси летучих соединений
определяется и другими факторами,
такими как возраст, пол, питание и образ жизни, а не только наличием заболевания.
И, наконец, возникает вопрос,
каким образом отделить соединения,
образованные в организме человека,
от тех, которые попали в лёгкие извне незадолго до проведения анализа?
А пока эти вопросы остаются нерешёнными,
учёные не готовы ставить диагнозы на основе паров воздуха.
В то же время первые клинические испытания
по диагностированию рака лёгких, кишечника
и других видов рака демонстрируют обнадёживающие результаты.
И однажды ранняя диагностика рака
станет таким же привычным делом, как вдох и выдох.
Kako to da alkotest aparat može da izmeri količinu alkohola u nečijoj krvi,
nekoliko sati nakon što su popili poslednje piće, samo na osnovu daha?
Izdahnut vazduh sadrži tragove stotina, čak i hiljada,
štetnih organskih jedinjenja,
malih molekula dovoljno laganih da putuju lako kao gasovi.
Jedan od njih je etanol, koji konzumiramo u alkoholnim pićima.
Putuje kroz krvotok do malih vazdušnih kesa u plućima,
prelazeći u izdahnut vazduh pri koncentraciji 2,000 puta manjoj,
u proseku, nego u krvi.
Kada neko dune u alkotest,
etanol u njihovom dahu prelazi u reakcijsku komoru.
Tamo se pretvara u drugi molekul koji zovemo sirćetna kiselina,
u specijalnom tipu reaktora koji proizvodi eletričnu struju tokom reakcije.
Jačina struje pokazuje količinu etanola
u uzorku vazduha, i po analogiji, u krvi.
Pored isparljivih ogranskih jedinjenja kao što je etanol
koje koristimo u hrani i piću,
biohemijski procesi naših ćelija proizovde mnoge druge.
A kad nešto prekine te procese, kao bolest što može,
kolekcija isparljivih ogranskih jedinjena u dahu
može da se promeni takođe.
Dakle da li bismo mogli da detektujemo bolest analizirajući dah osobe,
a da ne koristimo invazivnije instrumente za dijagnostiku
kao što su biopsije, vađenje krvi i radijacija?
U teoriji, da,
ali testiranje na bolest je komplikovanije od testiranja na alkohol u krvi.
Da bi se identifikovala bolest,
istraživači treba da posmatraju skup od desetine jedinjenja u dahu.
Određena bolest može da uzrokuje da se neka jedinjenja
povećaju ili smanje u koncentraciji, dok druga mogu da budu nepromenjena,
šablon je verovatno drugačiji za svaku bolest,
a možda čak i varira za različite etape iste bolesti.
Na primer, tipovi raka su među najistraživanijim kandidatima
koji mogu da se dijagnostikuju putem analize daha.
Jedna od biohemijskih promena koju većina tumora uzrokuje
je veliko povećanje kod procesa generisanja energije
koje se zove glikoliza.
Poznato kao Varburgov efekat,
ovaj porast u glikolizi prouzrokuje povećanje metabolita kao što je laktat
koji zauzvrat može da utiče na celu kaskadu metaboličkih procesa
i naposletku rezultira promenjenim sastavom daha,
verovatno uključuje povećanu koncentraciju isparljivih jedinjena
kao što je dimetil-sulfid.
Ali Varburgov efekat je samo jedan potencijalni indikator prisutva raka,
i ne otkriva ništa o posebnom tipu raka.
Mnogo više indikatora je potrebno da bi se ustanovila dijagnoza.
Kako bi našli ove subtilne razlike,
istraživači upoređuju dah zdrave osobe
sa dahom osobe koja pati od neke određene bolesti
koristeći šablone zasnovane na uzorcima stotine dahova.
Ova kompleksna analiza zahteva fundamentalno drugačiji,
prilagodljiviji tip senzora u odnosu na alkotest aparat.
Nekoliko njih se razvija.
Neki razlikuju individualna jedinjenja
tako što posmatraju kako se jedinjenja pomeraju kroz niz električnih polja.
Neki drugi koriste niz otpornika napravljenih od različitih materijala
gde svaki menja svoju rezistenciju kada je izložen određenoj mešavini
isparljivih organskih jedinjenja.
Postoje i drugi izazovi.
Ove supstance su prisutne u veoma niskim koncentracijama,
obično samo nekoliko delova u milijardi,
mnogo manje nego koncentracije etanola u dahu.
Na nivoe jedinjenja mogu da utiču faktori koji nisu sama bolest,
uključujući godine, pol, ishranu i način života.
Na kraju, postoji problem
razlikovanja koja jedinjenja u uzorku
su proizvedena u telu pacijenta
a koja su udahnuta u okruženju
neko vreme pred testiranje.
Zbog ovih izazova, analiza daha nije skroz spremna za sada.
Ali preliminarne kliničke studije na raku pluća, debelom crevu,
i ostalim tipovima raka su imale ohrabrujuće rezultate.
Jednog dana, rano otkrivanje raka može biti lako kao udisaj i izdisaj.
Alkolmetre, son içkisini saatler önce içmiş birinin
kanındaki alkol oranını sadece nefesiyle nasıl ölçebilir?
Nefes, yüzlerce hatta binlerce
eser miktarda uçucu organik bileşen içerir:
gazlar gibi kolay hareket edebilecek düzeyde hafif küçük moleküller.
Bunlardan biri, alkollü içeceklerde tükettiğimiz etanol.
Kan dolaşımıyla akciğerlerdeki minik hava keseciklerine
ve kandakinden ortalama 2 bin kat daha düşük yoğunlukta nefese taşınır.
Biri alkolmetreye üflediğinizde
nefesinizdeki etanol reaksiyon odasına girer.
Tepkime sırasında elektrik akımı üreten özel bir tepkime odasında
asetik asit denilen başka bir moleküle dönüştürülür.
Akımın şiddeti, havada ve kandaki
etanol miktarını gösterir.
Yiyecek ve içecekte tükettiğimiz etanol gibi
organik uçucu bileşenlere ek olarak
hücrelerimizin biyokimyasal süreçleri diğerlerini üretir.
Hastalık gibi bir şey bu süreci aksatırsa
nefesteki organik uçucu bileşenlerin toplamı da değişebilir.
Peki biyopsi, kan alma ve radyasyon gibi
invasif tanı araçları kullanmadan
kişinin nefesini analiz ederek hastalığı tespit edebilir miyiz?
Teoride evet edebiliriz
ama hastalığın tespiti alkolün tespitinden çok daha karmaşık.
Hastalığı tanımlamak için
araştırmacıların nefesteki onlarca bileşene bakması gerekiyor.
Bir hastalık, bazı bileşenler değişmezken
bu bileşenlerin yoğunluğunda azalma ya da artmaya neden olabilir.
her hastalığın profilinin farklı olması muhtemel
hatta aynı hastalığın farklı evrelerinde grafik değişebilir.
Örneğin kanser, nefes analiziyle tanı için
en çok araştırılan adaylar arasında.
Biyokimyasal değişimlerden biri olan birçok tümör
glikoliz adı verilen ve enerji üreten bir işlemde büyük bir artışa neden olur.
Warburg Etkisi olarak bilinen
glikolizdeki bu artış, metabolik süreçlerin her kademesini etkileyebilen
laktat gibi metabolitlerin artışıyla
ve muhtemelen dimetil sülfit gibi
uçucu bileşenler içeren değiştirilmiş nefes yapısının artışıyla sonuçlanır.
Ama Warburg Etkisi, kanserli aktivitenin tek potansiyel göstergesidir
ve belirli bir kanser türü hakkında hiçbir şey ortaya çıkarmaz.
Tanı koymak için çok daha fazla gösterge gerekli.
Bu ince farkları bulabilmek için araştırmacılar,
sağlıklı ve belli bir hastalıktan muzdarip insanların nefesini
yüzlerce nefes örneğine dayanarak karşılaştırır.
Bu karmaşık analiz, alkolmetreden temel olarak daha farklı
ve çok amaçlı bir tür sensör gerektirir.
Birkaç tane analiz geliştiriliyor.
Bazıları, bileşenlerin bir dizi elektrik alanında
nasıl hareket ettiğini gözlemleyerek bireysel bileşenler arasında ayrım yapar.
Diğerleri, belirli bir uçucu organik bileşen karışımına maruz kaldıklarında
dirençlerini değiştiren
ve farklı materyallerden yapılmış bir dizi direnç kullanır.
Başka zorluklar da var.
Bu cisimler nefesteki etanol yoğunluğundan
genellikle milyarda bir gibi çok daha düşük yoğunluktadır.
Bileşenlerin seviyesi, hastalık dışında yaş, cinsiyet, beslenme
ve yaşam tarzı gibi faktörlerden etkilenebilir.
Son olarak, numunedeki hangi bileşenlerin
hastanın vücudunda üretildiğini
ve hangilerinin testten kısa bir süre önce
çevreden solunduğunu ayırt etme durumu var.
Bu zorluklar nedeniyle nefes analizi henüz tam olarak hazır değil.
Ancak akciğer, kolon ve diğer kanserler üzerinde yapılan
ön klinik çalışmaların umut verici sonuçları olmuştur.
Bir gün kanseri erkenden yakalamak nefes alıp vermek kadar kolay olabilir.
Máy đo nồng độ cồn trong khí thở hoạt động như thế nào để đo nồng độ cồn trong máu,
nhiều giờ sau khi một người uống rượu, mà chỉ dựa vào hơi thở của người đó?
Hơi thở ra chứa hàm lượng của hàng trăm, thậm chí hàng ngàn
hợp chất dễ bay hơi hữu cơ:
những phân tử nhỏ và nhẹ đủ để lơ lửng như chất khí.
Một trong số đó là ethanol, chất chúng ta dùng trong đồ uống có cồn.
Nó đi xuyên qua dòng máu đến những túi khí nhỏ trong phổi,
và tồn tại trong hơi thở ra với nồng độ trung bình thấp hơn 2,000 lần
so với trong máu.
Khi một người thổi vào cồn kế,
ethanol trong hơi thở của họ đi vào khoang phản ứng.
Ở đó, nó được chuyển thành phân tử khác, gọi là acetic acid,
trong một lò phản ứng đặc biệt có khả năng tạo ra dòng điện suốt phản ứng.
Độ mạnh của dòng điện chỉ ra lượng ethanol trong mẫu khí,
và từ đó suy ra nồng độ trong máu.
Ngoài những chất hữu cơ dễ bay hơi như ethanol
mà chúng ta dùng trong đồ ăn và thức uống,
những phản ứng sinh hóa của cơ thể người cũng sản sinh nhiều chất như vậy.
Và khi có điều gì đó làm gián đoạn những phản ứng này, bệnh tật chẳng hạn,
lượng chất hữu cơ dễ bay hơi tích tụ trong hơi thở
cũng sẽ thay đổi.
Vậy liệu chúng ta có thể phát hiện bệnh bằng cách phân tích hơi thở bệnh nhân,
mà không cần tới những phương pháp chẩn đoán xâm lấn khác
như sinh thiết, lấy máu và phóng xạ không?
Theo lý thuyết là có,
nhưng xét nghiệm bệnh phức tạp hơn nhiều so với thử nồng độ cồn.
Để phát hiện bệnh,
những nhà nghiên cứu phải xem một bộ mười chất trong hơi thở.
Một bệnh nào đó có thể làm nồng độ vài chất trong số đó tăng hoặc giảm,
trong khi những chất khác không thay đổi.
Kết quả mô tả có thể sẽ khác nhau trong mỗi bệnh,
hoặc thậm chí khác nhau trong từng giai đoạn của một bệnh.
Ví dụ, ung thư là bệnh được nghiên cứu nhiều nhất
trong việc chẩn đoán bằng phân tích hơi thở.
Một trong những thay đổi sinh hóa mà các khối u gây ra
là làm tăng một lượng lớn các phản ứng tạo năng lượng
gọi là đường phân.
Được biết tới như hiệu ứng Warburg,
sự tăng các phản ứng đường phân làm tăng các chất chuyển hóa như lactate
sau đó sẽ ảnh hưởng đến cả một chuỗi những quá trình chuyển hóa khác
và cuối cùng dẫn đến thay đổi thành phần khí thở ra,
có thể bao gồm cả tăng nồng độ các chất dễ bay hơi
ví dụ như dimethyl sulfide.
Nhưng hiệu ứng Warburg chỉ là một dấu hiệu tiềm năng của ung thư,
chứ không thể tiết lộ gì thêm về loại ung thư cụ thể.
Phải cần rất nhiều các dấu hiệu khác để đưa ra chẩn đoán.
Để tìm những khác biệt nhỏ ấy,
các nhà nghiên cứu so sánh hơi thở của người bình thường
với người bị một bệnh nhất định
bằng việc sử dụng những mô tả dựa trên hàng trăm mẫu hơi thở.
Phân tích phức tạp này cần một loại cảm biến khác biệt,
và đa năng hơn máy đo nồng độ cồn trong khí thở.
Một số loại cảm biến đã được phát triển.
Một vài trong số đó phân biệt các chất riêng biệt
bằng việc quan sát cách chúng di chuyển qua một bộ điện trường.
Số khác sử dụng một dãy điện trở làm từ những vật liệu khác nhau
mà mỗi loại thay đổi giá trị điện trở khi tiếp xúc với một hỗn hợp nhất định
của các chất hữu cơ dễ bay hơi.
Nhưng vẫn còn những thách thức khác.
Những chất này xuất hiện với nồng độ rất thấp,
thường chỉ vài phần tỷ,
thấp hơn nhiều so với ethanol trong hơi thở.
Nồng độ của các chất có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác ngoài bệnh,
bao gồm tuổi tác, giới tính, dinh dưỡng và lối sống.
Cuối cùng, vấn đề là phân biệt
chất nào trong mẫu hơi là được sản sinh từ cơ thể bệnh nhân
và chất nào là do hít vào từ môi trường bên ngoài
ngay trước khi làm thử nghiệm.
Vì những thách thức này mà phân tích hơi thở vẫn chưa hoàn chỉnh.
Nhưng những thử nghiệm lâm sàng sơ bộ trên ung thư phổi, đại tràng,
và các cơ quan khác đã cho những kết quả đáng khích lệ.
Ngày nào đó, phát hiện ung thư sớm sẽ dễ dàng như hít vào và thở ra.
体内酒精检测仪到底是怎样
单凭人们的呼吸
就能检测饮酒几小时后的
血液里的酒精含量？
呼出的气息里包含着 成百上千的
挥发性有机化合物：
这些质量极轻的小分子， 被呼吸带了出来。
其中包含着我们从酒精饮料中摄取的乙醇。
它随着血流被输送到肺部的微小气囊中，
然后再被呼出， 这时乙醇的平均浓度
是血液中的 1/2000 。
当一个人向检测仪呼气时，
呼吸中的乙醇进入到一个反应器中。
在那儿，它被转化成了另一种分子， 那就是醋酸，
在这个特别的反应器里， 一股电流在反应中产生了。
电流的强度反映了气息中乙醇的浓度
然后通过估算可得出血液里的乙醇浓度。
除了我们从饮食中摄取的
像乙醇这样的挥发性有机化合物，
人体细胞的生化反应 还产生去许多其他的物质。
当这些反应受到干扰时， 比如疾病，
呼吸中包含的挥发性有机化合物
可能也会改变。
因此，我们是否可以通过分析人体的呼吸 来检测疾病，
从而避免使用更具侵入性的诊断工具，
例如活组织切片、抽血和放射扫描呢？
理论上来说，行得通。
但是检测疾病可比检测酒精浓度复杂多了。
为了识别病症，
研究人员需要检测 数十种呼吸中所含的化合物。
某种特定疾病可能导致某些化合物
数量上的增加或减少， 同时并不影响其他化合物——
而不同疾病造成的这类数量影响 也各有区别，
甚至同一种疾病的各个阶段 也会产生不同影响。
比如，癌症是运用呼吸分析的诊断方法
最广泛的疾病之一。
肿瘤会造成众多生化反应改变，
其中之一，是一种能量产出反应的大幅增加，
被称为“糖酵解”。
也称“瓦氏效应”，
糖酵解的增加导致代谢物增加， 比如产生大量乳酸，
这反过来影响了一系列的新陈代谢反应，
最终改变了呼吸中的化合物组成，
某些挥发性化合物可能会大量聚集，
例如二甲基硫醚。
但是瓦氏效应仅仅是 癌性活动的一个可能性指标，
并且不能揭示癌症的具体种类。
想要确诊， 还需要获得许多其他的指标。
为了明确这些细微差别，
研究人员向健康者的呼吸样本
与罹患某种特定疾病的人的呼吸样本
进行数百次的比对。
完成这一复杂的分析过程所需的探测器，
比酒精测定仪更加全能。
人们正在研发一些这样的机器。
有的通过观察化合物们 经过一系列电场的路径，
辨别出不同的化合物。
有的利用一组由不同材料制成的电阻器，
通过观测每种电阻器在接触 挥发性有机化合物的混合物时，
其阻力发生的变化， 来进行辨别。
这一过程困难重重。
这些化合物的浓度极低，
通常只有十亿分之一，
这可比呼吸中乙醇的浓度低多了。
化合物的数量水平 同时还受到其他因素的影响
包括年龄、性别、 营养状况和生活方式。
最后，要在取得样本后，
快速分辨其中有哪些化合物
来自于患者体内，
哪些来源于外界，
也颇具挑战。
基于这些困难与挑战， 利用呼吸分析疾病的技术还很不成熟。
即便如此，基于肺癌、结肠癌
以及其他癌症的临床试验方兴未艾。
总有一天，探测出早期癌变会 变得如同呼吸一般轻而易举。
為什麼酒測器可以 單單根據一個人的呼氣，
在他喝完酒的幾小時後， 還能測量出血液中的酒精濃度？
在呼出的氣體中，含量達到 可追蹤標準的揮發性有機化合物
就有數百種甚至數千種：
它們是小型分子，輕到 能以氣體的方式輕鬆移動。
其中一種是乙醇， 我們會從酒精性飲料喝到它。
它會通過血流， 到達肺中的小氣囊，
進入到呼出的氣體當中，
此時的濃度比在血液中時 平均要低兩千倍。
當一個人對著酒測器呼氣，
呼吸中的乙醇就會 進入一個反應室中。
在那裡，乙醇會被轉換成 另一種分子，叫做乙酸，
在特殊的反應裝置中， 反應過程會產生出電流。
電流的強度表示 呼吸氣體樣本中的乙醇量，
由此算出血液中的量。
除了我們從食物和飲料中
取得的揮發性有機 化合物，比如乙醇，
我們細胞的生化過程也會產生 許多其他揮發性有機物。
當那些過程被比如疾病給打斷，
從呼吸中收集到的 揮發性有機化合物
也有可能改變。
所以，我們能不能透過分析 呼吸來偵測一個人的疾病，
而不用更侵入性的診斷工具
如切片檢查法、抽血和放射線？
理論上可行，
但檢測疾病比檢測酒精複雜許多。
要辨識出疾病，
研究者需要檢視 呼吸中數十種化合物。
某種疾病可能會造成 當中某些化合物
濃度增加或減少， 其他的則沒改變。
每一種疾病的特徵都不同，
就連同一種疾病，在不同階段 呈現的狀況也不同。
比如，最常被研究的
呼吸分析診斷候選 疾病之一是癌症。
許多腫瘤會造成的 其中一種生化改變
就是醣酵解大量增加，
它是一種產生能量的過程。
這就是所謂的瓦氏效應，
醣酵解的增加會導致
代謝物如乳酸鹽的增加，
它們就有可能會再影響 整個一連串的代謝過程，
最後，會造成呼吸中的成分改變，
可能包括揮發性有機化學物
如二甲硫醚的濃度增加。
但瓦氏效應只是癌症 活動的一種可能指標，
且它沒有任何資訊 能指出是哪一種癌症。
還需要更多指標才能做出診斷。
為了找出這些微小的差異，
研究者比較健康受試者的呼吸
和特定疾病病人有什麼不同，
比較的基礎是數百件 呼吸樣本的特徵。
這種複雜分析所需要的感測器 必須要有更多功能，
與酒測器有很大不同。
目前有幾種在開發中。
有些裝置區別不同化合物的方式
是觀察化合物如何 在一組電場中移動。
有些裝置則是用 不同材料製成的電阻器，
每個都會在接觸到揮發性 有機化合物的某種混合時
改變其電阻。
還有其他的困難。
這些物質出現的濃度非常低——
通常都是用分率來計算，
比呼吸中的乙醇濃度還要低很多。
化合物的量可能會受到 疾病以外的其他因子影響，
包括年齡、性別、 營養，以及生活方式。
最後，還有一個問題：如何區別出
樣本中的哪些化合物 是在病人體內產生的，
哪些是在檢測前沒多久 從環境中吸入的。
因為有這些困難， 呼吸分析還沒有成熟。
但針對肺、結腸，及其他癌症的 初步臨床試驗
顯現出十分讓人振奮的結果。
也許有一天，單靠吸氣吐氣 就可以發現癌症了。