Liệu phân tích hơi thở có thể phát hiện ung thư?

Xem đầy đủ bài giảng tại: https://ed.ted.com/lessons/could-a-breathalyzer-detect-cancer-julian-burschka

Làm cách nào mà máy đo nồng độ cồn có thể đo được lượng cồn trong máu nhiều giờ sau khi một người uống rượu, mà chỉ dựa vào hơi thở của người đó? Và liệu chúng ta có thể dùng kỹ thuật tương tự để phát hiện bệnh bằng cách phân tích hơi thở bệnh nhân mà không sử dụng những phương pháp chẩn đoán xâm lấn khác như sinh thiết, lấy máu và phóng xạ không? Julian Burschka sẽ giải thích quá trình phức tạp này.

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.