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.