Analyse flüchtiger Metaboliten von der Ausatemluft mittels Ionenmobilitätsspektrometer

Abstract

Es ist seit langem bekannt, dass die Detektion von Metaboliten, insbesondere der flüchtigen organischen Verbindungen, der Atemluft als nichtinvasive diagnostische Methode zur Lieferung von Informationen zahlreicher unterschiedlicher metabolischer Prozesse des menschlichen Körpers benutzt werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher ein am ISAS - Institute for Analytical Sciences entwickeltes lonenmobilitätsspektrometer (IMS) für die Atemluftanalyse modifiziert, sowie die Anwendbarkeit der entwickelten on-line, in-situ Methode in der klinischen Diagnostik an ausgewählten Patientengruppen gezeigt. In der Entwicklung des Systems wurde die für die Atemluftanalyse geeignete Strahlungsquelle ausgewählt, sowie der Probeneinlass des IMS aufgrund der hohen relativen Feuchte der Atemluft (nahe 100%), welche einen negativen Einfluss auf das IMS-Signal verursacht, optimiert. Dabei gelingt durch die Kopplung des IMS mit einer Multikapillarsäule (MCC) die on-line Abtrennung der Feuchte am Anfang der Analyse, eine schnelle Trennung komplexer Gemische und eine sofortige Detektion der getrennten Analyten mittels IMS. Das hier entwickelte Verfahren wurde in einer Kooperation mit der Lungenklinik in Hemer zur Untersuchung von Patienten mit infektiösen Lungenkrankheiten in-situ eingesetzt. Insgesamt 30 Patienten mit verschiedenen Lungenkrankheiten und den häufigsten Infektionserkrankungen der Atemwege konnten in der Lungenklinik Hemer untersucht werden. Anhand der Atemluftanalyse konnte ein charakteristisches Muster der nur bei diesen Patienten vorgekommenen Peaks ermittelt werden. Daneben wurden 72 gesunde Mitarbeiter des ISAS und der Lungenklinik Hemer untersucht, um das Atemluftmuster einer Kontrollgruppe zu bestimmen. Da Infektionen oft durch Bakterien ausgelöst sind, wurde überprüft, ob die durch Bakterien in-vitro produzierten Metaboliten eine Korrelation mit der in der Atemluft bei Infektionen der Respirationstrakt auftretenden Komponenten zeigen. Daher wurden die Emissionen von Reinkulturen ausgewählter infektiöser Bakteriumsspezies, die im Hygieneinstitut in Iserlohn gezüchtet wurden, mittels IMS vermessen. Dies zeigte, dass sich die Methode ebenfalls zur on-line Detektion von Metaboliten verschiedner Bakteriumsarten eignet.