Lebererkrankungen am Atem erkennen: Neuer Sensor entdeckt winzige Mengen eines verräterischen Gases
Ein neuer Sensor erkennt ein mit Lebererkrankungen verbundenes Atemgas in kleinsten Mengen. Bisher wurde er nur im Labor getestet.
Die Leber übernimmt Hunderte Aufgaben im Stoffwechsel. Gerät ihre Funktion aus dem Gleichgewicht, kann sich auch die Zusammensetzung der ausgeatmeten Luft verändern. © Pexels
Eine schwere Lebererkrankung könnte sich künftig mit einem einfachen Atemtest erkennen lassen. Denn bei Erkrankungen wie Leberzirrhose kann sich ein bestimmtes Gas in der ausgeatmeten Luft anreichern. Chinesische Wissenschaftler haben nun einen Sensor entwickelt, der diesen Stoff bereits in winzigen Mengen nachweist. Selbst die hohe Feuchtigkeit der Atemluft und andere störende Gase beeinträchtigen die Messung kaum. Langfristig könnte die Technik helfen, Lebererkrankungen früher und ohne Blutabnahme zu erkennen.
Der Sensor misst Dimethylsulfid, eine schwefelhaltige Verbindung, die auch bei gesunden Menschen in geringen Mengen in der Atemluft vorkommt. Bei bestimmten Lebererkrankungen kann ihre Konzentration jedoch ansteigen. Bereits ab zehn Teilen pro Milliarde erkennt das Gerät den Stoff. Das berichten Wissenschaftler der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und weiterer Forschungseinrichtungen im Fachjournal ACS Nano. Bislang wurde die Technik mit künstlich zusammengestellten Atemproben getestet.
Bei Lebererkrankungen steigt die Konzentration eines Atemgases
Konzentrationen von mehr als 30 Teilen Dimethylsulfid pro Milliarde Teile Atemluft stehen laut CAS mit Erkrankungen wie Leberzirrhose und Hypermethioninämie in Verbindung. Bei Letzterer sammelt sich die Aminosäure Methionin verstärkt im Blut an. Dahinter können unterschiedliche Stoffwechselstörungen stecken.
Der neue Sensor erkennt Dimethylsulfid bereits bei einem Drittel dieses Vergleichswerts. Eine erhöhte Konzentration allein reicht allerdings nicht für eine Diagnose. Denn das Gas ist kein eindeutiges Erkennungsmerkmal einer bestimmten Lebererkrankung.
Schwefelwasserstoff stört die Messung erheblich
Ein großes Problem bei der Atemanalyse ist Schwefelwasserstoff. Dieses Gas kommt ebenfalls in der Atemluft vor und kann die Messergebnisse verfälschen. Herkömmliche Sensoren reagieren häufig auf beide Stoffe. Zudem erschwert die hohe Luftfeuchtigkeit beim Ausatmen die Erkennung geringer Gaskonzentrationen.
Die chinesischen Wissenschaftler lösten das Problem mit einer zusätzlichen Filterschicht aus Kupferoxid und Aluminiumoxid. Sie hält Schwefelwasserstoff weitgehend zurück, lässt Dimethylsulfid jedoch passieren. Zugleich verringert die Schicht den störenden Einfluss von Feuchtigkeit.
Neue Filterschicht verbessert die Messung um mehr als das 15-Fache
Der Unterschied zwischen dem ursprünglichen Sensor und der verbesserten Variante fällt deutlich aus:
- Ohne Filter: Das Verhältnis der Sensorsignale für Dimethylsulfid und Schwefelwasserstoff betrug 3,3.
- Mit Filter: Der Wert stieg auf 50,4. Damit konnte der Sensor die beiden Gase rund 15-mal besser unterscheiden.
- Bei hoher Luftfeuchtigkeit: Selbst bei 90 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit lag die Nachweisgrenze bei nur zehn Teilen Dimethylsulfid pro Milliarde.
Die verbesserte Unterscheidung ist für Atemanalysen entscheidend. Schwefelwasserstoff kann sonst ein Signal verursachen, das fälschlicherweise dem gesuchten Dimethylsulfid zugeschrieben wird.
Künstliche Atemproben liefern vielversprechende Ergebnisse
Anschließend prüften die Wissenschaftler den Sensor mit Gasgemischen, die der Atemluft von Menschen mit Lebererkrankungen ähneln sollten. Auch darin erkannte das Gerät geringe Veränderungen der Dimethylsulfid-Konzentration. Andere Bestandteile der künstlichen Atemluft verhinderten die Messung nicht.
Ein Einsatz zur Früherkennung ist damit allerdings noch nicht belegt. Die Versuche fanden mit simulierten Atemproben statt. Klinische Untersuchungen an Patienten beschreibt die CAS-Mitteilung nicht. Auch ist bislang unbekannt, wie zuverlässig das Gerät gesunde und erkrankte Menschen unterscheiden könnte.
Atemtest könnte Blutuntersuchungen künftig ergänzen
Ärzte beurteilen die Gesundheit der Leber bislang unter anderem anhand von Blutwerten und bildgebenden Untersuchungen. Ein Atemtest könnte zusätzliche Hinweise auf bestimmte Erkrankungen liefern, ohne Blut abnehmen zu müssen. Dabei würde der Sensor Veränderungen eines Stoffwechselprodukts erfassen, nicht die Leber selbst untersuchen.
Die Chinesische Akademie der Wissenschaften hält die Technik für einen möglichen Baustein der nichtinvasiven Früherkennung. Bevor sie medizinisch eingesetzt werden kann, sind Untersuchungen mit echten Atemproben von Patienten erforderlich.
Kurz zusammengefasst:
- Lebererkrankungen können die Atemluft verändern: Bei Erkrankungen wie Leberzirrhose kann die Konzentration des Gases Dimethylsulfid ansteigen.
- Ein neuer Sensor erkennt kleinste Gasmengen: Er weist Dimethylsulfid bereits ab zehn Teilen pro Milliarde nach und unterscheidet es dank eines speziellen Filters besser von störenden Atemgasen.
- Ein Atemtest könnte künftig bei der Früherkennung helfen: Bisher wurde der Sensor nur mit künstlichen Atemproben getestet, nicht an Patienten.
Übrigens: Auch die Fettverbrennung hinterlässt Spuren in der Atemluft. Beim Abbau von Fett entsteht unter anderem Aceton, das sich mit speziellen Sensoren messen lässt. Ein tragbares Gerät aus Zürich kann solche Stoffwechselveränderungen ohne Blutabnahme erfassen.
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