饮酒、吸毒和疾病:呼吸的化学测试

直到最近,大多数人很难想了呼吸。基本的生活和生存,我们理所当然,行为…好呼吸一样自然。自从Covid-19流行病席卷世界,然而,我们都变得更加意识到自己的呼吸,尤其是那些与我们的呼吸进入密切接触。但是有很多,可以从我们呼出的空气的组成和化学。

闻一个人的呼吸是第一个已知的诊断测试,甚至早在罗马时代。丙酮的有点甜的气味对人的呼吸是一个强烈的迹象表明他们患有糖尿病。呼吸分析技术大幅先进自那时起,当然,但是,人们最熟悉的技术是一个法医:路边为酒精呼吸测试。

很多人会偶尔看到司机被要求吹到手持设备来测试他们的清醒。类似的测试驾驶药物的影响下开始发展,现在使用类似技术在诊断肺条件包括Covid-19。大流行过后,希望技术开发诊断呼吸医学这病毒感染会找到其他应用程序。

路边的革命

酒精呼出气息的饮酒者的存在很明显的人花了时间在拥挤的酒吧和酒吧。有一个强大的、直接联系样品血液中酒精的浓度和呼出的气息,它允许分析呼吸作为一个代理或代理血液样本的实验室分析。此外,它相对容易检测和测量酒精(乙醇分子简单,C₂H₅呼吸哦),因为它是不稳定的:也就是说,它容易在身体温度和蒸发排放,在呼出的气息很容易衡量的。

今天的世界各地的警察部队所使用的设备都是基于电化学氧化

在19世纪,人们好奇的影响对行为怀疑乙醇酒精饮料应该被视为食物、药物或毒素。与此同时快速分析化学的发展和应用这些技术来分析生物标本。发现一小部分人喝过酒精的可衡量的血液样本,尿液和呼出的气息是一个测试中毒后发展的先决条件。

第一次呼吸实际上有用的工具进行分析,取名呼气测醉器——这个名字第一个仪器产生的1950年代中期,但现在一个词用于任何此类设备。呼吸的第一个仪器分析非常笨重,尴尬的随身携带的,韦恩·琼斯说,法医毒理学家在瑞典林雪平大学的。但即便如此,与我们今天使用的手持电子设备,仪器的校准阅读转化为等价的血液酒精浓度。今天大多数国家颁布了法定酒精限制开车的当量浓度测量血液、尿液或呼吸。例如,在英格兰和威尔士,“在上限”意味着至少80毫克酒精在100毫升的血,107毫克100毫升尿液或35µg 100毫升的呼吸。

多年来,三个基本分析技术已纳入仪器被警察用于酒精呼吸分析-光度法,光谱和燃料电池技术,这些不同的精度,精度、专一性和易用性。在最初的呼气测醉器中,呼出的气息是通过重铬酸钾(K的混合物₂Cr₂O₇)和硫酸的玻璃小瓶。重铬酸钾晶体氧化乙醇的存在,和相关的氧化颜色变化代理人桔黄色到蓝绿色可以测量和用于计算酒精的浓度在最初的呼吸样本。更精确的定量分析方法,特别是红外线光谱学,来到前台在80年代和1970年代,和主要方法纳入手持路边筛选测试在今天使用电化学氧化。乙醇作为燃料和氧化,生成一个可测的电信号。今天的小警察部队使用的手持电子设备在世界各地都是基于电化学氧化的,琼斯说。

然而,这些小型设备不够准确或精确的在法庭上作为证据使用。如果路边呼吸测试是积极的,怀疑是到最近的警察局为更复杂的呼吸测试-最常使用红外光谱在环境条件控制。这是必要的,如果一个起诉成功,但它并不理想:血液酒精浓度随乙醇在肝脏代谢,司机,据路边测试,刚刚超过法定上限可能会限制下当第二个证据进行测试。当然,这可以被允许,但是很难占乙醇在体内的代谢率不同,这可能会有所不同从10到25毫克/ 100毫升的血液每小时。它可以是一个特别的问题在偏远地区最近的警察局可能许多英里之外。

提高准确性

因此,需要新的测试,都是紧凑型足够用于路边足够准确和精确的结果在法庭上使用。议会交通安全咨询委员会(协定),一个慈善机构工作,并提供了秘书处,各党派议会组织交通安全,运行一个竞争公司开发可靠的路边呼吸测试技术感兴趣,满足高标准要求。“路边的测试,我们目前使用没有得到它错了,但是我们仍然需要改进的精度,精度和可靠性,需要引发了竞争,”埃文·韦伯斯特说,政策和研究官协定。

董事总经理猎人雅培AlcoSense,总部设在英国,处女膜是这种竞争的目标是到达的人。他成立了公司,设计,使商业呼气测醉器,在2005年关闭后调用。“我是匹配我的饮料和一个朋友在另一个朋友的婚礼;第二天中午我们都开车回家,他停了下来,发现被限制,导致他失去了他的执照,后来他的工作,”他解释说。现在,AlcoSense的产品主要是使用的运输公司和个人需要避免这种意外“后效应”。他们是相对便宜和容易使用,改善1960年代版本的重铬酸钾测试范围的低端和高端的燃料电池。他们的高端产品接近所需的准确度和精密度证据使用。

AlcoSense制造呼气测醉器为欧洲市场,所以必须能够适应他们测试,应用不同的和更严格的限制。大部分的大陆使用限制50毫克/ 100毫升血液中的酒精含量,与波兰和一些北欧国家选择一个更严格的20毫克/ 100毫升。苏格兰采用欧洲50毫克/ 100毫升标准在2014年。差异,阿伯特解释道,形成了鲜明的对比。在苏格兰的极限,你是五倍可能卷入一场致命的崩溃一样清醒;英语限制,你是13倍,甚至只有10毫克/毫升你还37%更有可能的是,”他解释说。大多数英国司机不酒后驾车的梦想,但却非常容易残留酒精在系统后的第二天早上离开前一晚。这种风险曲线是为什么它如此重要的司机知道当他们清楚酒精的第二天。

但即使是最微小的大量的酒精会影响你的驾驶能力。从理论上讲,最好的限制将是零,但这是技术上有疑问的疾病,药物,甚至在某些情况下正常代谢可能导致假阳性。糖尿病酮症酸中毒是一个关键的例子。那些依赖胰岛素的糖尿病患者,如果他们的胰岛素水平下降过大,开发这个条件的身体燃烧脂肪,而不是糖能量释放挥发性酮,这些可能导致假阳性读数在某些呼气测醉器如果限制设置过低(尽管这不是一个问题对现代执法工具)。最安全、最可行的限制可能是20毫克/ 100毫升,”阿伯特说,韦伯斯特表示同意。

检查药物

药物滥用已经成为流行,所以,也开车的犯罪,而药物的影响下。今天,一个警官观察别人开车不规律,但发现没有酒精呼吸必须决定如果假定的罪犯病了,累了或不良(或者只是一个可怜的司机)或他们是否受到任何其他药物的影响。呼吸测试药物正在开发,但这是一个更复杂的分析比测试酒精能够锻炼。一些药物如酒精挥发性,还有很多不同的化合物来测试。乙醇的负面测试是足以证明一个司机不是喝醉了,但可能意味着药物采取消极的药物测试没有测试。和几乎所有的药物——处方药,可严重影响患者的驱动能力,以及药物滥用——比乙醇化学复杂得多。

它是更难在呼吸测试作弊

测试驱动程序使用毒品仍然是一个复杂的业务涉及血液或尿液化验分析在医院临床实验室——但或许不太久。“10年前我们多一点挑战开发药物非侵入性呼吸测试可以在路边,”奥贝克说,瑞典斯德哥尔摩的卡罗林斯卡研究所的毒理学家。许多人认为这将是极其困难的,但我们终于成功了。当这样的装备是最终推出,路边测试不会只使用。犯人通常涉及药物测试尿液样本,但囚犯能找到作弊的方法。这是更难作弊呼吸测试,因为这些可以很容易地观察到,“贝克补充道。

气溶胶粒子的非易失性化合物是呼出:微小液滴形成的液体在正常呼吸。如果一个最近使用一种非易失性药物物质,物质可以从这些样品中检测出浓缩气溶胶粒子。贝克和他的同事正在开发一种设备,将收集有用的样本如果主题呼吸通常为几分钟。这个示例可以采取一个法医实验室和测试各种药物化合物的使用串联液相色谱质谱分析(质),这种技术很敏感和足够可靠的读数在法庭上使用。检测的化合物可以包括所有的主要药物滥用,一些新的刺激神经类物质和可能被滥用的治疗药物,包括阿片类止痛药。

质机尚未设计,快速、简单和便携式足够用于在路边,即使对于筛查,但这并不是无法想象这样一个设备将使用一天。和移动的样本收集从派出所到路边会有很多优势。例如,大麻类代谢迅速,所以运输疑似大麻用户及时警察局获得样本,将测试积极是一个挑战。

法医毒理学需要解决另外一个问题是越来越多的倾向于把酒精和毒品。用户甚至可能认为半品脱和一个大麻烟卷会好的,这两个分别是相对无害的。然而,组合添加剂多,即使量是足够小的测试分别出来的负面。的司机都酗酒和吸毒的影响下参与了许多致命事故,贝克说。

一个有前途的诊断

和呼吸分析可能有更多比它有法医诊断应用程序。呼气技术是一种小型初创公司位于剑桥,英国,专门从事检测呼出的气息凝结(EBC)。斯迪格Brejl它有一个有趣的历史,它的一个导演,解释道。的赛马常常患有一种会条件是影响他们,这是重要的诊断尽早将受影响的马从一场比赛。与大卫·马林在纽马克特的动物卫生信托,英国,我们确定了过氧化氢(H₂O₂)马的呼吸作为这个条件和发达的炎症生物标记没有兽医的诊断设备,可以使用培训。

理解,人类也有类似的呼吸生理学马,Brejl和他的同事们调查了使用类似的测试对于临床诊断的可能性。本研究的结果是Inflammacheck,手持设备收集气冷凝和测量过氧化氢浓度。对于人类来说,这是一个生物标志物发现氧化应激引起的肺部炎症,慢性阻塞性肺病(COPD)患者和严重的哮喘。有趣的是,轻度哮喘患者的主要炎症生物标记是不同的-部分呼出一氧化氮这加上肺量测定法(最大流量)测试,严重疾病患者很难使用,通常用于诊断。Inflammacheck,患者正常呼吸设备一到两分钟,产生大约20µl流入毛细血管的冷凝室相连的传感器基于辣根过氧化物酶的涂层。当传感器暴露在这个示例中,一个酶促过程发生生成一个微型传感器探测信号;过氧化氢浓度的信号强度显示。化验是快,它有两个进一步的优点:它是精确到可以使用极少量的样品,和它可以嵌入一个手持设备,Brejl解释道。

Inflammacheck首次出现在2019年9月,市场上只有六个月前呼吸医学和其他被Covid-19颠覆了流行病和大多数慢性阻塞性肺病诊所迫使在线或关闭。然而Brejl和他的团队,快速旋转发展Sars-Cov-2感染的诊断测试。的炎症标记物不够具体诊断特定的病毒感染,所以我们必须使用一种不同类型的测试,”他解释说。

我们中的许多人已经学会了我们的成本,活跃的病毒颗粒进行感染人的呼吸。如果个人呼吸到呼气技术的新CoronaCheck装置,冷凝液流传感器,病毒粒子绑定。这些可以检测到一个Sars-Cov-2特定的生物传感器,产生电化学读出仅在2 - 5分钟,超过经批准的侧流试验。这种非侵入性装置目前正在临床试验在朴茨茅斯医院NHS信托。的装备包括一个多用途的读者和一组一次性消耗品样本采集、它是完全安全的,”Brejl解释道。我们正在调查的方法来减少一次性塑料的设置从85克到6克。此外,如果测试通过,它应该很容易适应其他呼吸道病毒检测。

疫苗已经承诺我们的大流行的一种方式。一旦通过,将一个新的“爵士乐时代”引发进一步的鲁莽的司机?或做进一步的可能,未来更危险的传染病?不管将来如何,法医和诊断呼吸测试无疑会帮助我们保持安全。

克莱尔桑塞姆是一个基于科学作家在剑桥,英国

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