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.