Atemanalyse

Exhalat, die Ausatemluft, liefert attraktives Probenmaterial für forensische und medizinische Untersuchungen. Im Vergleich zu alternativen Methoden ist ausgeatmete Luft sehr leicht und immer zugänglich. Die Probenentnahme ist nicht invasiv und damit auch einfach für den Probanden. Ausgeatmete Luft kann ebenso viele nachweisbare Substanzen enthalten wie Blut oder Urin. Es gibt bereits mehrere, von der FDA zugelassene, Tests für Atemluft, allerdings bislang nur für flüchtige Verbindungen.

Atemluft enthält sowohl flüchtige als auch nicht-flüchtige Verbindungen. Der Teil, der die nicht-flüchtigen Bestandteile enthält, liegt in Form von Aerosolpartikeln vor. Im menschlichen Atem sind Partikel mit einem Durchmesser von < 1 µm bis etwa 1 µm vorhanden. Diese Partikel entstehen beim Einatmen, wenn sich die kleinen Atemwege wieder öffnen und der Flüssigkeitsfilm, der sie bedeckt, aufplatzt. Die Partikel bestehen aus Surfactant, einer Flüssigkeit, die in den distalen Atemwegen ausgeschieden wird und von entscheidender Bedeutung für die Lungenfunktion ist. Die genaue Zusammensetzung des Surfactants ist funktionell wichtig und äußerst komplex. Er besteht aus Lipiden, hauptsächlich Phospholipiden, und Proteinen.

Sowohl die Proteine als auch die Lipide sind für die mechanische und schützende Funktion von Bedeutung. Beide Substanzen können von Krankheiten betroffen sein. Daher ist der Surfactant eine interessante Quelle für potentielle Biomarker.

2010 wurde über den Nachweis von Amphetamin in Atemluft ca. 24 Stunden nach Konsum berichtet. Dies führte zu einer neuen Reihe von Arbeiten, die sich mit der Erforschung des Nachweises von Analyten in Atemluft befassten. Das Potenzial dieser neuen Drogentest-Technologie wurde untermauert durch eine Studie über Drogenkonsumenten, die sich von einer akuten Intoxikation erholten. Der tatsächliche Konsum von Drogen wurde anhand von Selbstberichten, Plasma- und Urinanalysen ermittelt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass alle untersuchten Wirkstoffe in den gesammelten Atemluftproben zum Zeitpunkt ihrer klinischen Wiederfindung nachgewiesen werden konnten.

Einfache Probenabnahme von Aerosol-Partikeln, die nicht-flüchtige Stoffe in Atemluft enthalten

• Aerosol-Partikel aus dem Flüssigkeitsfilm, der die Atemwege benetzt, enthalten nichtflüchtige Substanzen aus den distalen Teilen der Lunge.
• Der Flüssigkeitsfilm setzt sich aus Lipiden und Proteinen zusammen.
• Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC) ist ein charakteristischer Bestandteil des Surfactant.
• Die Aerosl-Partikel werden durch Impaktion in den drei Kollektoren des BE Probenabnahmegerätes eingeschlossen.
• Die Menge an DPPC wird mit der Masse der eingeschlossenen Partikel korreliert.
• Partikel aus 12 normalen Atemzügen liefern genug Material, um die Analyse von Drogen bzw. Medikamenten durchzuführen.
• Das tatsächliche Luftvolumen ist nicht unbedingt wichtig, da es nicht mit der Menge der Partikel korreliert.
• Ausgeatmete Luft bietet für die Diagnose eine einzigartige Möglichkeit zur nicht-invasiven Entnahme von Probenmaterial aus den Atemwegen.
• Die nicht-invasive Probenabnahme von ausgeatmeter Luft kann leicht bei größeren Gruppen von gesunden Personen und solchen mit Atemwegs-Erkrankungen durchgeführt werden. Damit steht ausreichend Material für Fall-Kontroll-Studien zur Erkennung neuer Biomarker-Kandidaten zur Verfügung.
• Die Probenabnahme von ausgeatmeter Luft ist außerdem gut geeignet für wiederholte Probennahmen, die sich für objektive, Hypothesen-generierende Längsschnittstudien in der Atemwegs-Forschung ebenso eignen wie für gezielte Folgestudien.

Text von Prof. Olof Beck, Karolinska Institute