Phân tích hơi thở (test hơi thở): một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn

Phân tích hơi thở (test hơi thở) là một lĩnh vực nghiên cứu tương đối gần đây với nhiều hứa hẹn trong nghiên cứu khoa học và lâm sàng. Hơi thở chứa các thành phần hữu cơ dễ bay hơi (VOC) được sản xuất nội sinh từ các chất chuyển hóa của tiền chất được ăn vào, vi khuẩn đường ruột và đường thở, tiếp xúc với môi trường, v.v.

Nhiều nghiên cứu gần đây đã đưa ra những thay đổi trong thành phần hơi thở trong quá trình mắc nhiều bệnh và phân tích hơi thở có thể dẫn đến đến việc chẩn đoán các bệnh như vậy. Vì vậy, điều quan trọng là phải xác định các biến thể cụ thể của bệnh về nồng độ hơi thở để chẩn đoán bệnh.

Trong tổng quan này, chúng tôi chỉ ra các phương pháp được sử dụng để phát hiện VOC trong môi trường phòng thí nghiệm, các thành phần VOC trong không khí thở ra và các chất dịch cơ thể khác (ví dụ: mồ hôi, nước bọt, da, nước tiểu, máu, phân, dịch tiết âm đạo, v.v.), VOC nhận dạng trong các bệnh khác nhau và các cảm biến dựa trên mũi điện tử (E) được phát triển gần đây để phát hiện VOC.

Việc xác định các VOC như vậy và áp dụng chúng làm dấu ấn sinh học đặc trưng cho bệnh để có được chẩn đoán bệnh chính xác, có thể tái tạo và nhanh chóng có thể đóng vai trò thay thế cho các phương pháp chẩn đoán xâm lấn truyền thống. Tuy nhiên, sự thành công của việc xác định bệnh dựa trên VOC chỉ giới hạn ở môi trường phòng thí nghiệm. Dữ liệu lâm sàng quy mô lớn được đảm bảo để thiết lập tính chắc chắn của chẩn đoán bệnh. Ngoài ra, để xác định các VOC cụ thể liên quan đến tình trạng bệnh tật, các thử nghiệm lâm sàng rộng rãi phải được thực hiện bằng cả dụng cụ phân tích và mũi điện tử được trang bị cảm biến ổn định và chính xác.

Phân tích hơi thở là một lĩnh vực nghiên cứu còn non trẻ và có nhiều hứa hẹn trong nghiên cứu khoa học và lâm sàng.

Trong quá trình thở, các phân tử khí hít vào sẽ khuếch tán từ vùng phế nang và hòa tan vào máu. Các phân tử khí sau đó được các mô hấp thụ thông qua một quá trình hòa tan vật lý đơn giản, cho phép chúng được phân chia giữa không khí và máu trong quá trình hấp thụ và giữa máu và các mô khác trong quá trình phân phối. Một hóa chất tồn tại đủ lâu trong phế nang để đạt được trạng thái cân bằng với máu, tức là trạng thái cân bằng trong đó tỷ lệ nồng độ hóa chất trong máu so với nồng độ trong pha khí không đổi.

Sự cân bằng tương đối nhanh giữa không khí phế nang và máu mao mạch phổi là cơ sở để phân tích hơi thở. Số lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) thở ra qua phổi thay đổi tỷ lệ thuận với nồng độ trong máu và áp suất hơi của chúng và tỷ lệ gián tiếp với sự hấp thụ của chúng bởi phổi. Do đó, một hơi thở chứa hàng trăm hợp chất dễ bay hơi khác nhau thể hiện những thay đổi rõ rệt và tức thời do các quá trình sinh lý bệnh khác nhau làm thay đổi trạng thái trao đổi chất của một cá nhân và cung cấp bằng chứng quan trọng về những thay đổi sinh hóa quan trọng trong cơ thể.

Các VOC này, cả có mùi và không mùi, được tạo ra bởi các chất chuyển hóa trong đường hô hấp và ruột, các chất chuyển hóa của tiền chất được nuốt vào hoặc sau khi tiếp xúc với môi trường. VOC trong hơi thở ra bao gồm cả hóa chất ngoại sinh và nội sinh. Các hợp chất được hít vào hoặc hấp thụ từ môi trường và có nguồn gốc từ việc hút thuốc lá đều là ví dụ về chất dễ bay hơi ngoại sinh. Các hợp chất được giải phóng trong quá trình sinh hóa tế bào hoặc quá trình sinh lý trong cơ thể và được tạo ra bởi tất cả các loại vi khuẩn cộng sinh/vi sinh vật gây bệnh/hội sinh hoặc được tạo ra để đáp ứng với nhiễm trùng vi khuẩn đều là ví dụ về chất bay hơi nội sinh.

Ngoài ra, nồng độ VOC trong hơi thở dao động từ nanomol đến picomolar; do đó, việc phân biệt các hợp chất ngoại sinh trong môi trường bị ô nhiễm với các VOC được tạo ra thông thường luôn khó khăn. VOC được tạo ra trong quá trình trao đổi chất thường được tiết vào máu và cuối cùng thải ra qua hơi thở và/hoặc mồ hôi.

Tuổi tác, giới tính, tình trạng sinh lý, cấu trúc di truyền và chế độ ăn uống đều ảnh hưởng đến lượng VOC được giải phóng. Do đó, VOC có thể được coi là “dấu vân tay mùi” độc nhất. Khi một người mắc bệnh truyền nhiễm hoặc bệnh chuyển hóa, dấu vết mùi của họ sẽ thay đổi do sản xuất VOC mới hoặc sự thay đổi tỷ lệ VOC thường được tạo ra. Kết quả là hơi thở và mùi cơ thể của họ thay đổi. Ví dụ, hơi thở trong trường hợp mắc một số bệnh nổi bật có mùi khác nhau, ví dụ như ‘mùi trái cây’ của axeton trong bệnh tiểu đường, “mùi mốc và tanh” ở bệnh gan tiến triển, ‘mùi nước tiểu’ ở bệnh thận nặng và ” mùi hôi thối” trong áp xe phổi.

Do đó, việc đo VOC trong hơi thở ra có thể tiết lộ thông tin quan trọng về trạng thái sinh lý bệnh của người tham gia. Những phân tử này có thể đóng vai trò là chỉ số và dấu ấn sinh học tiềm năng cho nhiều loại bệnh và hoạt động trao đổi chất, giúp việc phát hiện bệnh dễ dàng hơn.

Những nỗ lực đầu tiên sử dụng phân tích hơi thở để xác định trạng thái sinh lý của một người có từ thời Hippocrates (460 – 370 trước Công nguyên), khi các bác sĩ Hy Lạp cổ đại nhận ra rằng hơi thở của con người cung cấp thông tin hữu ích về sức khỏe của một cá nhân và mùi hơi thở của bệnh nhân có thể được sử dụng để chẩn đoán một số bệnh. Lavoisier đã nghiên cứu hơi thở CO 2 của chuột lang lần đầu tiên vào năm 1782 – 1783 và chứng minh rằng hơi thở thở ra là kết quả của quá trình đốt cháy trong cơ thể.

Người đoạt giải Nobel Linus Pauling được coi là người tiên phong trong lĩnh vực phân tích hơi thở. Ông đã xác định được 30 đỉnh khác nhau trong sắc ký khí cho thấy sự hiện diện của nhiều hợp chất dễ bay hơi khác nhau trong hơi thở thở ra, hầu hết chúng ở nồng độ rất thấp (phần tỷ (ppb) hoặc phần nghìn tỷ (ppt)). Sau đó, Phillips và cộng sự. tiết lộ 3.481 VOC trong không khí thở ra của những người kiểm soát sức khỏe, với trung bình khoảng 200 VOC có thể được xác định trong hơi thở của mỗi người bằng phương pháp sắc ký khí – phép đo khối phổ (GC/MS).

Đánh giá toàn diện đầu tiên về phân tích hơi thở được xuất bản bởi Manolis et al., thảo luận về sự hiện diện của VOC trong hơi thở ra, tiếp theo là rất nhiều nghiên cứu. Một đánh giá gần đây được xuất bản bởi Drabinska et al. đã báo cáo 4.412 VOC được tìm thấy trong hơi thở khỏe mạnh của con người và các chất dịch cơ thể khác (bao gồm 1.488 trong hơi thở, 623 trong da, 549 trong nước bọt, 444 trong nước tiểu, 443 trong phân, 379 trong máu, 290 trong sữa và 196 trong tinh dịch) để hiểu rõ hơn về con đường trao đổi chất liên quan đến việc sản xuất VOC và có thể hữu ích trong việc phân biệt các bệnh.

Một lý do khác khiến việc phân tích hơi thở ra và các VOC liên quan đang nhận được nhiều sự quan tâm trong cộng đồng khoa học, lâm sàng và nghiên cứu là vì khả năng kiểm tra các quá trình sinh hóa trong cơ thể con người trong thời gian thực mà không bị xâm lấn và chúng cũng có thể được thực hiện. thường là trong bất kỳ trường hợp nào, chẳng hạn như trong khi phẫu thuật hoặc trong phòng chăm sóc đặc biệt.

Không giống như máu và nước tiểu, các mẫu hơi thở có ưu điểm là có nguồn cung cấp mẫu không giới hạn, có thể được thu thập trong khung thời gian chỉ vài giây và theo yêu cầu trong khoảng thời gian cần thiết. Kết quả là có thể phát hiện được những thay đổi trong quá trình hấp thụ, chuyển hóa và bài tiết VOC. So với các phương pháp tiếp cận truyền thống, vốn là các phương pháp đắt tiền, xâm lấn và tốn thời gian để chẩn đoán các bệnh khác nhau thường yêu cầu các chuyên gia được đào tạo và có trình độ, các ứng dụng lâm sàng của phân tích hơi thở là không xâm lấn, ít tốn thời gian, nhất quán và an toàn.

Vì các bác sĩ lâm sàng hiện đã nhận thức được mùi đặc trưng của bệnh (truyền nhiễm, chuyển hóa, ung thư) và mùi đặc trưng của rối loạn di truyền, nên hồ sơ VOC có thể được sử dụng làm dấu ấn sinh học khứu giác cho các bệnh gây tử vong và xác định rối loạn. Sự hiểu biết về các cơ chế sinh lý bệnh chi phối việc tạo ra VOC đặc hiệu cho bệnh có thể dẫn đến các phương pháp điều trị mới cho nhiều loại rối loạn.

 Từ quan điểm này, nhiều nỗ lực khác nhau đã được thực hiện để xác định các dấu ấn sinh học dễ bay hơi có thể phát hiện được, có thể hỗ trợ chẩn đoán và phân loại bệnh. Một số VOC có thể có trong hơi thở là các hợp chất chứa oxy (acetone, metanol, ethanol, v.v.), hydrocarbon (ethane, pentane, isoprene, v.v.), các hợp chất chứa lưu huỳnh (ethyl mercaptane, dimethyl sulfide, dimethyl disulfide, v.v.) và các hợp chất chứa nitơ (amoniac, dimethylamine, trimethylamine, v.v.). Việc xác định các VOC như vậy và áp dụng chúng làm dấu ấn sinh học đặc trưng cho bệnh để có được chẩn đoán bệnh chính xác, có thể tái tạo và nhanh chóng có thể đóng vai trò thay thế cho các phương pháp chẩn đoán xâm lấn truyền thống. Do đó, phân tích hơi thở có thể được mở rộng hơn nữa, không chỉ để phát hiện bệnh mà còn đưa ra quyết định chính xác hơn về giai đoạn, điều này có thể giúp các chuyên gia chăm sóc sức khỏe hiểu được cơ chế bệnh sinh và nguyên nhân để hỗ trợ điều trị.

BÀI CÙNG CHỦ ĐỀ:

Hướng dẫn khi làm test hơi thở Hydrogen, Methane chẩn đoán SIBO

Chẩn đoán sức khỏe đường ruột dễ dàng hơn nhờ xét nghiệm test hơi thở

Xét nghiệm H. pylori qua hơi thở phát hiện kịp thời vi khuẩn bệnh dạ dày

Điều gì xảy ra nếu không vệ sinh lưỡi thường xuyên, cách vệ sinh lưỡi

Yhocvn.net