Træk vejret i stedet for en blodprøve

Blæs ind i røret, Vær venlig. I fremtiden, proceduren vil ikke kun blive brugt af politiet, der kontrollerer for alkoholforgiftning, men også for at teste atleters tilstand og for folk, der ønsker at tabe sig den ekstra smule vægt. En sensor udviklet af ETH-forskere gør det muligt at måle, hvornår kroppen begynder at forbrænde fedt med et praktisk alkometer.

Eksperter råder alle, der ønsker at smide ekstra kilo, til at spise mindre og træne mere. En måde er med udholdenhedstræning, hvor kroppen ikke kun forbrænder kulhydrater som sukker, men også fedt. Hvornår kroppen præcis begynder at forbrænde fedt, kan nu bestemmes ved at analysere, for eksempel, biomarkører i blodet eller urinen. Forskere ved ETH Zürich og Universitetshospitalet Zürich har nu udviklet en metode til det yderst bekvemme, overvågning af lipolyse i realtid ved at teste en persons udåndinger under træning.

"Når man forbrænder fedt, kroppen producerer biprodukter, der finder vej til blodet, " forklarer Andreas Güntner, en postdoc i gruppen af ​​ETH Professor Sotiris Pratsinis. I lungealveolerne, disse molekyler - især de flygtige - kommer ind i luften, som personen udånder. Den mest flygtige af disse lipidmetabolitter er acetone. Güntner og hans kolleger har udviklet en lille gassensor, der måler tilstedeværelsen af ​​dette stof. Sensoren er meget mere følsom end tidligere sensorer:den kan detektere et enkelt acetonemolekyle i hundrede millioner molekyler. Det måler også udelukkende acetone, så de mere end 800 andre kendte flygtige komponenter i udåndinger påvirker ikke målingen.

Store individuelle forskelle

I samarbejde med lungespecialister på Universitetshospitalet Zürich ledet af Malcolm Kohler, Professor og direktør for Lungemedicinsk Afdeling, forskerne testede sensorens funktion hos frivillige, mens de dyrkede motion. Testpersonerne gennemførte en halvanden times session på et cykelergometer med to korte pauser. Forskere bad testpersonerne om at blæse ind i et rør, der var forbundet til acetonesensoren med jævne mellemrum.

"Vi var i stand til at vise, hvordan acetonekoncentrationen i udåndingerne varierer meget fra person til person, " siger Güntner. Videnskabelige udtalelser plejede at hævde, at atleter først begynder at forbrænde fedt efter en vis periode med fysisk anstrengelse og når en bestemt puls, men denne opfattelse er nu forældet. Målingerne foretaget af forskerne i Zürich viste, at lipolyse hos nogle forsøgspersoner gjorde, faktisk, først starte mod slutningen af ​​den halvanden times træningssession. Hos de andre frivillige, målingerne viste, at deres kroppe begyndte at forbrænde fedt meget hurtigere.

Kontrolmålinger viste, at den nye målemetode korrelerede godt med koncentrationen af ​​biomarkøren beta-hydroxybutyrat i testpersonernes blod. Denne blodanalyse er en af ​​nutidens standardmetoder til overvågning af lipolyse.

Interaktion med nanopartikler

Sensoren udviklet af forskerne bruger en chip belagt med en porøs film af specielle halvledende nanopartikler. Partiklerne er wolframtrioxid, som forskerne har implanteret med enkelte atomer af silicium.

Udviklingen af ​​chippen begyndte for syv år siden, da ETH-professor Pratsinis og hans kolleger opdagede, at nanopartikler af wolframtrioxid interagerer med acetone, hvis nanopartiklernes atomer er arrangeret i en bestemt krystallinsk struktur. Interaktionen reducerer den elektriske modstand af chippen belagt med nanopartikler, og dette fænomen kan så måles.

Oprindeligt, ideen var at bruge chippen til at diagnosticere diabetes, fordi den udåndede ånde fra patienter med ubehandlet type 1-diabetes indeholder høje koncentrationer af acetone. Siden da, imidlertid, forskerne har vist, at sensoren faktisk er følsom nok til at registrere de meget lave acetonekoncentrationer i en persons udåndinger under træning.

Chippen, der blev brugt i denne undersøgelse, er på størrelse med en 1 cent euromønt, men forskerne arbejder på at forfine måleteknologien, så det bliver muligt med meget mindre chips. Målet er at tilbyde chippen i en enhed i håndterbar størrelse. "Dette ville gøre det muligt for atleter og folk, der ønsker at tabe sig, selv at tjekke, hvornår deres kroppe begynder at forbrænde fedt, så de kan optimere deres træningsprogram, siger Güntner.

Billig, lille og alligevel meget følsom

Meget følsomme acetonemålinger var allerede mulige med andre instrumenter, for eksempel massespektrometre, som er store laboratorieapparater, der koster flere hundrede tusinde schweizerfranc. Forskerne bruger disse instrumenter i den aktuelle undersøgelse til at verificere deres målinger. Bærbare acetone udåndingstest findes også allerede, men de kan kun bruges én gang og tager flere minutter, før de viser resultaterne. "Vores teknologi har den store fordel ved at være billig, håndterbar og alligevel meget følsom - plus den kan tage målinger i realtid, " siger Güntner. "Dette gør den velegnet til hverdagsbrug, mens du træner i et fitnesscenter eller for folk på diæt."

Forskerne planlægger nu at fortsætte med at udvikle deres målemetode, så de i sidste ende kan markedsføre den. De har allerede en prototype af instrumentet. Forskerne arbejder også på at udvikle gassensorer til andre medicinsk relevante molekyler i udåndinger, inklusive ammoniak til at teste nyrefunktionen, isopren til at teste kolesterolmetabolisme og forskellige aldehyder til tidlig påvisning af lungekræft.