Die Muster von VOCs in der Ausatemluft nutzen: Prävention und Diagnose von Krankheiten verbessern

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Die Muster von VOCs in der Ausatemluft nutzen: Prävention und Diagnose von Krankheiten verbessern

Es ist erstaunlich, was unser Atem über unseren Gesundheitszustand aussagt. Besonders die Ausatemluft, in der sich die flüchtigen organischen Verbindungen bzw. VOCs (Volatile Organic Compounds) befinden, kann einiges über die allgemeine Gesundheit verraten. Je nachdem wie beispielsweise der Stoffwechsel und andere Körperfunktionen oder bestimmte Organe funktionieren, verändert sich die Zusammensetzung der ausgeatmeten Luft. 

Um das anschaulicher darzustellen, vergleiche ich den Menschen immer gerne mit einem Verbrennungsmotor. Im Grunde funktioniert unser Körper nämlich genau als solcher: Wir atmen Luft ein, verstoffwechseln diese, um zu funktionieren, und atmen die dabei entstandenen „Abgase“ wieder aus. Grob gesagt, sind flüchtige organische Verbindungen bzw. VOCs ein Teil der Abfallprodukte des Stoffwechsels.

Mit VitaScale möchte ich das Potential der Atemgasanalyse voll ausschöpfen

Insgesamt atmen wir im Durchschnitt 20.000-mal am Tag und in diesen täglichen 20.000 Atemrhythmen steckt einiges an Information. Denn mit jedem Atemzug werden in etwa 3.000 verschiedene VOCs in unterschiedlicher Konzentration und Variation ausgeatmet, wie zum Beispiel Wasserstoffe, Kohlenmonoxid und Aceton. In der Wissenschaft werden die VOC-Profile von gesunden Probanden mit den VOC-Profilen von Menschen mit bestimmten, diagnostizierten Krankheiten verglichen. In Korrelation zueinander gebracht, stellte sich heraus, dass sich die VOC-Profile in bestimmten Populationen ähneln.

Und das ist nichts Neues, denn blickt man zurück in die Geschichte der Krankheitsdiagnose, findet man Aufzeichnungen darüber, wie Ärzt:innen schon in der Antike in Griechenland über den Geruch der Ausatemluft bestimmte Krankheiten erkannt haben. Zudem haben Pauling und Robinson et al im Jahr 1971 in ihrer Studie eine Methode vorgestellt, die eine quantitative Bestimmung von 250 Substanzen in einer Atemluftprobe ermöglicht. Trotzdem wurde bis heute das Potential der Atemgasanalyse technisch gesehen noch nicht im Geringsten ausgeschöpft. Mit VitaScale möchte ich das in naher Zukunft ändern.

Eine E-Nose, die Krankheiten frühzeitig „erriecht“

Es gibt trainierte Hunde, die anhand von Stuhl-, Urin- sowie Atemproben bestimmte Krankheiten wie unter anderem Haut-, Prostata- und Lungenkrebs sowie Diabetes erschnüffeln können. Mit ihren feinen Nasen bzw. ihrer perfekten Sensorik riechen die Hunde die feinen Unterschiede. Wie vorteilhaft wäre es, wenn das auch elektronisch machbar wäre? Sozusagen eine „E-Nose“ mit der Erkrankungen bezüglich des Stoffwechsels, der Fettverbrennung, der Lungenfunktion und rund um den Verdauungstrakt frühzeitig durch die veränderten Bestandteile in der Ausatemluft „errochen“ werden – ohne Nadeln, schnell und einfach. Genau das ist die Vision von mir und VitaScale: Wir wollen die Vielzahl der VOCs durch Mustererkennung und den Einsatz von künstlicher Intelligenz so klassifizieren, dass wir in der Lage sind, non-invasiv und besser Krankheiten zu erkennen.

Krankheitsbilder zeichnen sich durch bestimmte Muster in einem VOC-Profil ab. Über den Acetonwert im Atem können zum Beispiel Aussagen über eine Erkrankung an Diabetes erfolgen. Befindet sich mehr Aceton in der ausgeatmeten Luft, liegt das im Normalfall an einer höheren Ketose – ein Zeichen für Diabetes. In der Regel haben gesunde Personen einen Basiswert von 1 bis 2 ppm Aceton in ihrer Atemluft, während Personen mit Diabetes einen Wert von 75 bis 1.250 ppm aufweisen (diabetische Ketoazidose).

VitaScale & VOCs: Krankheiten früher erkennen

Gemeinsam mit meinem Team wird das System von VitaScale in die Richtung der Diagnostik und Krankheitsprävention weiterentwickelt. Unsere Devices werden dafür mit mehreren verschiedenen Sensoren ausgestattet. Denn wir möchten die ganzheitliche Aussagekraft stärken und eine bessere, differenzierte Aussagefähigkeit durch die gleichzeitige Messung einer Vielzahl von VOCs im Atemgas ermöglichen. Damit eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten in der Diagnose sowie Früherkennung von Krankheiten.

Quellen:

 Anderson Joseph C.: Measuring breath acetone for monitoring fat loss: Review (2015), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4737348/ (Stand: 31.12.2023).

 Pauling L., Robinson A.B., Teranishi R. & Cary P.: Quantitative analysis of urine vapor and breath by gas-liquid partition chromatography (1971), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC389425/ (Stand: 31.12.2023).

 Pereira J., Porto-Figueira P., Cavaco C., Taunk K,. et al: Breath Analysis as a Potential and Non-Invasive Frontier in Disease Diagnosis: An Overview (2015), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4381289/#B18-metabolites-05-00003 (Stand: 31.12.23).

 Pleil J.D., Stiegel M.A. & Risby T.H.: Clinical breath analysis: Discriminating between human endogenous compounds and exogenous (environmental) chemical confounders. Journal of Breath Research, Vol.7, No. 1, 2013.