Исследователи разработали детектор дыхания с химическим сенсором, который по одному выдоху определяет, когда организм сжигает жир. В статье, опубликованной в журнале Cell Press Device, рассказывается о портативном устройстве, которое подключается к смартфону и измеряет уровень ацетона — молекулы, которая выделяется при выдохе, когда организм сжигает жир, — примерно за 90 секунд с точностью лабораторного уровня. Эта технология поможет людям следить за своим метаболизмом, а врачам — подбирать индивидуальное лечение ожирения, диабета, эпилепсии и других метаболических заболеваний.
Ученые давно используют ацетон в выдыхаемом воздухе для изучения метаболизма, поскольку его концентрация повышается, когда организм переключается с углеводов на жиры. Но для этого обычно требуются громоздкие лабораторные приборы или бытовые устройства, которые надежно работают только при очень высоком уровне ацетона.
«Если мы хотим, чтобы эта информация была доступна пациентам, нам нужно превратить технологии в компактные и удобные в использовании устройства», — говорит старший автор исследования Андреас Гюнтер из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. После 10 лет работы над проектом команда наконец создала портативный высокочувствительный детектор ацетона в выдыхаемом воздухе для повседневного использования.
Чтобы оценить работу детектора, ученые протестировали его на 12 здоровых взрослых людях в реальных условиях. Портативный детектор измерял концентрацию ацетона в диапазоне от 0,2 до 45 частей на миллион в 312 образцах выдыхаемого воздуха. Результаты измерений практически совпали с результатами масс-спектрометрии — лабораторного золотого стандарта анализа ацетона в выдыхаемом воздухе.
Затем команда отслеживала уровень ацетона в выдыхаемом воздухе при четырех метаболических сценариях: легкие физические нагрузки после приема пищи с высоким содержанием углеводов, интенсивные физические нагрузки после приема пищи с высоким содержанием углеводов, кетогенная диета с высоким содержанием жиров и голодание. Исследователи сравнили показатели в выдыхаемом воздухе с метаболическими маркерами, в том числе кетонами и глюкозой в крови, чтобы определить, насколько хорошо детектор отслеживает изменения.
Уровень ацетона в выдыхаемом воздухе оставался низким после легких физических нагрузок после приема пищи с высоким содержанием углеводов, но повышался при интенсивных физических нагрузках, что свидетельствует о том, что организм все больше полагается на жиры как источник энергии. После интенсивных физических нагрузок уровень ацетона у участников снижался после приема пищи с высоким содержанием углеводов, оставался повышенным после приема пищи с высоким содержанием жиров и продолжал расти во время голодания, что соответствовало изменениям, наблюдаемым в показателях крови и глюкозы.
По словам Херсбергера, автора работы, в реальных условиях ключевыми приоритетами являются простота использования и контролируемый отбор проб выдыхаемого воздуха. Во время каждого измерения приложение для смартфона подсказывает пользователям, как выдыхать с нужной силой и продолжительностью для обеспечения воспроизводимости результатов. Встроенные средства контроля качества могут даже отклонять некорректные выдохи или пробы загрязненного воздуха, чтобы обеспечить достоверность данных.
Эта технология уже вышла за пределы лабораторий. Компания Alivion AG, созданная на базе Высшей технической школы Цюриха, выпустила на рынок анализатор ацетона в выдыхаемом воздухе под названием Nutrion. Это портативное устройство сейчас используется в клинических исследованиях эпилепсии, а также людьми, которые хотят отслеживать уровень ацетона в выдыхаемом воздухе как маркер жирового обмена для снижения веса и улучшения спортивных результатов.
[Фото: Alivion AG / Andreas Güntner]
