Νέα έρευνα δείχνει ότι η αναπνοή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση διαβήτη, καθώς εντοπίστηκαν συγκεκριμένες χημικές ενώσεις που αλλάζουν όταν τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα είναι υψηλά. Οι επιστήμονες εξετάζουν πώς αυτή η μέθοδος θα μπορούσε να οδηγήσει με τη βοήθεια ενός αισθητήρα σε έναν γρήγορο, ανώδυνο και μη επεμβατικό τρόπο διάγνωσης στο μέλλον.
Νυστάζετε μετά το φαγητό; Πότε μπορεί να είναι ένδειξη σακχάρου
Ένα τεστ αναπνοής θα ανιχνεύει τον διαβήτη
Ο διαβήτης επηρεάζει το 8-10% του πληθυσμού της χώρας μας και πολλοί δεν γνωρίζουν καν ότι τον έχουν.
Ο διαβήτης, σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ), εκδηλώνεται με συμπτώματα που συνδέονται κυρίως με την υπερβολική αύξηση των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα, τα οποία συχνά περιλαμβάνουν έντονη δίψα, συχνουρία, ακούσια απώλεια βάρους, θολή όραση και κόπωση. Ειδικότερα, η εμφάνιση των συμπτωμάτων μπορεί να είναι βαθμιαία, ιδίως στον διαβήτη τύπου 2, και να ενταθεί προοδευτικά μέσα σε αρκετά χρόνια, αυτό έχει ως αποτέλεσμα πολλοί ασθενείς να μην αντιλαμβάνονται άμεσα την ύπαρξη της νόσου.
Σε άλλες περιπτώσεις, ειδικά στον διαβήτη τύπου 1, τα σημεία μπορεί να εμφανιστούν αιφνιδίως και να περιλαμβάνουν επιπρόσθετα την αύξηση της όρεξης και την ακούσια απώλεια βάρους. Επιπλέον, η νόσος μπορεί να οδηγήσει με την πάροδο του χρόνου σε επιπλοκές, όπως βλάβες στα νεύρα, τα αγγεία, τα μάτια και τα νεφρά, αν δεν διαγνωστεί και αντιμετωπιστεί έγκαιρα.
Γι’αυτόν τον λόγο, αντί να βασίζονται σε ακριβά και χρονοβόρα εργαστηριακά τεστ, επιστήμονες στο Penn State ανέπτυξαν έναν αισθητήρα αναπνοής που μπορεί να ανιχνεύσει τον διαβήτη και τον προδιαβήτη μέσα σε λίγα λεπτά, μετρώντας τα επίπεδα ακετόνης. Κατασκευασμένος από laser-induced graphene και οξείδιο ψευδαργύρου, ο αισθητήρας είναι ελαφρύς, οικονομικός και σχεδιασμένος ώστε να ξεπερνά προκλήσεις όπως η υγρασία στον εκπνεόμενο αέρα.
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Huanyu “Larry” Cheng, James L. Henderson, Jr. Memorial Αναπληρωτή Καθηγητή Μηχανικής Επιστήμης και Μηχανικής στο Penn State, ανέπτυξε έναν αισθητήρα που μπορεί να βοηθήσει στη διάγνωση διαβήτη και προδιαβήτη επί τόπου, μέσα σε λίγα λεπτά, χρησιμοποιώντας απλώς ένα δείγμα αναπνοής. Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύτηκαν στο Chemical Engineering Journal.
Διαβήτης: 11 συμπτώματα που μπορεί να δείχνουν ότι έχετε υψηλό σάκχαρο
Τι διαφορετικό παρουσιάσει ο νέος αισθητήρας αναπνοής που ανιχνεύει τον διαβήτη;
Οι προηγούμενες διαγνωστικές μέθοδοι βασίζονταν συχνά στην ανίχνευση γλυκόζης στο αίμα ή στον ιδρώτα, αλλά αυτός ο αισθητήρας ανιχνεύει τα επίπεδα ακετόνης στην αναπνοή. Αν και η αναπνοή όλων περιέχει ακετόνη ως παραπροϊόν καύσης του λίπους, επίπεδα ακετόνης άνω του ορίου των περίπου 1,8 ppm υποδεικνύουν διαβήτη.
«Παρόλο που έχουμε αισθητήρες που μπορούν να ανιχνεύσουν γλυκόζη στον ιδρώτα, αυτοί απαιτούν την πρόκληση ιδρώτα μέσω άσκησης, χημικών ή σάουνας, κάτι που δεν είναι πάντα πρακτικό ή βολικό», τόνισε ο Cheng. «Αυτός ο αισθητήρας απαιτεί μόνο να εκπνεύσετε σε μια σακούλα, να βυθίσετε μέσα τον αισθητήρα και να περιμένετε λίγα λεπτά για τα αποτελέσματα».
Ο Cheng ανέφερε ότι έχουν υπάρξει κι άλλοι αισθητήρες ανάλυσης αναπνοής, αλλά ανίχνευαν βιοδείκτες που απαιτούσαν εργαστηριακή ανάλυση. Η ακετόνη μπορεί να ανιχνευθεί και να διαβαστεί επί τόπου, γεγονός που καθιστά τους νέους αισθητήρες οικονομικούς και βολικούς.
Εκτός από τη χρήση της ακετόνης ως βιοδείκτη, ο Cheng ανέφερε πως μια ακόμη καινοτομία του αισθητήρα σχετίζεται με τον σχεδιασμό και τα υλικά του, κυρίως το laser-induced graphene. Για να δημιουργηθεί αυτό το υλικό, χρησιμοποιείται CO2 laser ώστε να καεί ένα υλικό που περιέχει άνθρακα, όπως η polyimide film που χρησιμοποιήθηκε στην εργασία αυτή, ώστε να παραχθεί σχηματισμένο, πορώδες graphene με μεγάλα ελαττώματα, ιδανικά για ανίχνευση.
«Είναι παρόμοιο με το να καίς ψωμί μέχρι να γίνει μαύρο άνθρακα, αν το αφήσεις πολύ», εξήγησε ο Cheng. «Ρυθμίζοντας τις παραμέτρους του λέιζερ όπως ισχύ και ταχύτητα, μπορούμε να “καψαλίσουμε” την polyimide ώστε να μετατραπεί σε πολυστρωματικό, πορώδες graphene».
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν laser-induced graphene επειδή είναι υψηλά πορώδες, που σημαίνει ότι επιτρέπει τη διέλευση αερίου. Αυτή η ιδιότητα οδηγεί σε αυξημένες πιθανότητες σύλληψης μορίων αερίου, καθώς η εκπνοή περιέχει σχετικά υψηλή συγκέντρωση υγρασίας. Όμως, από μόνο του, το laser-induced graphene δεν ήταν αρκετά επιλεκτικό για την ακετόνη σε σχέση με άλλα αέρια και χρειάστηκε να συνδυαστεί με οξείδιο ψευδαργύρου.
«Δημιουργήθηκε μια ένωση ανάμεσα στα δύο υλικά που επέτρεψε μεγαλύτερη επιλεκτικότητα στην ανίχνευση ακετόνης έναντι άλλων μορίων», εξήγησε ο Cheng.
Ο Cheng πρόσθεσε ότι μια ακόμη πρόκληση ήταν πως η επιφάνεια του αισθητήρα μπορούσε επίσης να απορροφήσει μόρια νερού και επειδή η αναπνοή είναι υγρή, τα μόρια του νερού μπορούσαν να ανταγωνιστούν την ακετόνη. Για την αντιμετώπιση αυτού, οι ερευνητές εισήγαγαν μια επιλεκτική μεμβράνη, ή αλλιώς στρώμα φραγής υγρασίας, που μπορούσε να μπλοκάρει το νερό αλλά να επιτρέπει τη διείσδυση της ακετόνης.
Η υγεία του κόσμου ως το 2050: πρόοδος, προκλήσεις και ανατροπές
Οι προκλήσεις και η αισιοδοξία για το μέλλον
Ο Cheng είπε πως αυτή τη στιγμή, η μέθοδος απαιτεί να εκπνεύσει κάποιος απευθείας μέσα σε σακούλα, ώστε να αποφευχθούν παρεμβολές από ρεύματα αέρα στο περιβάλλον. Το επόμενο βήμα είναι η βελτίωση του αισθητήρα, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιείται απευθείας κάτω από τη μύτη ή να προσαρμόζεται στο εσωτερικό μιας μάσκας, δεδομένου ότι το αέριο μπορεί να ανιχνευθεί στη συμπύκνωση της εκπνεόμενης αναπνοής. Επίσης, σχεδιάζει να μελετήσει πώς ένας αισθητήρας αναπνοής που ανιχνεύει ακετόνη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη βελτιστοποίηση πρωτοβουλιών υγείας για άτομα.
«Αν μπορούσαμε να κατανοήσουμε καλύτερα πώς αλλάζουν τα επίπεδα ακετόνης στην αναπνοή με τη διατροφή και την άσκηση, με τον ίδιο τρόπο που βλέπουμε διακυμάνσεις στα επίπεδα γλυκόζης ανάλογα με το πότε και τι τρώει ένα άτομο — θα ήταν μια πολύ συναρπαστική ευκαιρία να χρησιμοποιηθεί αυτό για εφαρμογές υγείας πέρα από τη διάγνωση του διαβήτη», ανέφερε ο Cheng.
Εμμηνόπαυση πριν τα 40: Πώς μπορεί να σχετίζεται με διαβήτη τύπου 1 και τύπου 2
Χρηματοδότηση από τα U.S. National Institutes of Health και το U.S. National Science Foundation στήριξε τη συμβολή του Penn State σε αυτή την εργασία. Η Li Yang, που ήταν επισκέπτρια ερευνήτρια στο Penn State Department of Engineering Science and Mechanics κατά τη διάρκεια της έρευνας, είναι η πρώτη συγγραφέας. Πλήρης λίστα συγγραφέων και πηγών χρηματοδότησης βρίσκεται στο σχετικό επιστημονικό άρθρο.
Πηγές: Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ), Chemical Engineering Journal, Ελληνική Διαβητολογική Εταιρεία