Există numeroase metode pentru detectarea infecției cu bacteria H. pylori, însă o abordare inovatoare constă în detectarea amoniacului din respirație. În cadrul unui studiu efectuat de o echipă de cercetători români, utilizând spectroscopia fotoacustică, s-a măsurat concentrația de amoniac din respirația persoanelor infectate cu H. pylori și s-a comparat cu cea din respirația persoanelor sănătoase. Rezultatele studiului au arătat că nivelul de amoniac este crescut cu 498 ppb la persoanele cu H. pylori în comparație cu cele sănătoase.
Ce este Helicobacter pylori?
Helicobacter pylori (H. pylori) este o bacterie de formă spiralată care se găsește în principal în stomacul uman. Această bacterie poate provoca diverse afecțiuni gastrointestinale, cum ar fi gastritele, ulcerul gastric și duodenal, fiind asociată cu un risc crescut de cancer gastric. H. pylori reușește să supraviețuiască în mediul acid al stomacului producând o enzimă numită urează, care descompune ureea în amoniac, neutralizând astfel aciditatea din jurul ei.
Infecția cu H. pylori este destul de răspândită la nivel mondial și se crede că se transmite pe cale orală, adesea prin intermediul alimentelor sau al apei contaminate, precum și prin contactul cu saliva sau alte fluide corporale ale unei persoane infectate. Deși multe persoane infectate nu prezintă simptome, altele pot avea simptome precum dureri abdominale, greață, balonare. Tratamentul pentru infecția cu H. pylori implică de obicei utilizarea unei combinații de antibiotice și medicamente care reduc aciditatea stomacală.
Cât de răspândită este H. pylori și cum se transmite?
Între 50% și 70% din populația lumii este infectată cu H. pylori, însă cei mai mulți nu prezintă simptome. Infecția cu H. pylori se transmite în principal de la o persoană la alta pe cale orală, prin apă sau alimente contaminate. De obicei, infecțiile cu H. pylori se dobândesc în copilărie și persistă în organism dacă nu sunt tratate.
Detectarea infecției cu H. pylori prin detectarea amoniacului din respirație
Există numeroase metode pentru detectarea infecției cu H. pylori, însă o abordare inovatoare este detectarea amoniacului din respirație (ABT - Ammonia Breath Test). În acest studiu de cercetare, utilizând spectroscopia fotoacustică, s-a măsurat concentrația de amoniac din respirația persoanelor infectate cu H. pylori și s-a comparat cu cea din respirația persoanelor sănătoase. Rezultatele ABT din acest studiu au arătat că nivelul de amoniac este crescut cu 498 ppb la persoanele cu H. pylori în comparație cu cele sănătoase.
Metoda non-invazivă de măsurare a amoniacului din respirația umană a persoanelor infectate cu Helicobacter pylori este cunoscută sub denumirea de test respirator cu amoniac (ABT - Ammonia Breath Test). Această tehnică implică analiza concentrației de amoniac eliberată în respirație, ceea ce poate indica prezența bacteriei H. pylori. Bacteria produce amoniac prin descompunerea ureei, proces care contribuie la crearea unui mediu mai puțin acid în stomac, permițându-i să supraviețuiască. Prin măsurarea nivelului de amoniac din respirație, se poate detecta indirect infecția cu H. pylori, fără a fi nevoie de proceduri invazive.
Ca urmare a acestor temeri, o echipă de cercetători români, formată din dr.fiz. Cristina Popa, dr.fiz. Mioara Bercu și dr.fiz. Ana-Maria Bratu, membri ai grupului de cercetare „Optică şi Laseri în Ştiinţele Vieţii, Mediu şi Tehnologie” din Departamentul Laseri al Institutului Naţional pentru Fizica Laserilor, Plasmei şi Radiaţiei din Măgurele/ Ilfov, a realizat un studiu pentru a analiza concentrațiile de amoniac din respirația persoanelor infectate cu Helicobacter pylori. Studiul a utilizat o tehnologie avansată de detecție a gazelor pentru a urmări aceste concentrații.
Rezultatele acestui studiu au fost publicate în martie 2024 în revista științifică Journal of Biophotonics (Cristina Popa și colab., 2024; doi.org/10.1002/jbio.202400074).
Analiza respirației, fiind nedureroasă și neinvazivă, este ideală pentru evaluarea gazelor din respirația purtătorilor de mască facială. Recoltarea se face evitând alimentele și băuturile care afectează calitatea respirației și evitând exercițiile fizice dimineața. Eșantionul se colectează cu un kit special care asigură captarea aerului alveolar pentru testarea gazelor.
În studiu au fost incluși 10 participanți, toți nefumători sau foști fumători, fără probleme cronice de sănătate, cum ar fi afecțiuni renale, diabet sau probleme de sănătate mentală. Înainte de analiza respirației, participanții au fost instruiți să evite alcoolul, cafeaua, alimentele și băuturile timp de cel puțin 6 ore și să nu consume ceapă, praz, ouă și usturoi cu o zi înainte de test. S-au colectat informații despre vârstă, greutate corporală, înălțime, ultimele mese și băuturi, activitate fizică recentă, medicamente și statutul de fumat. Toate datele publicate au fost obținute cu înțelegerea și consimțământul scris al participanților, care au fost complet informați despre scopul și cerințele studiului înainte de a semna acordul de participare.
Toate probele de respirație au fost colectate în laborator zilnic între 09:00 și 14:00, iar participanții au fost instruiți să nu consume nimic în afară de apă în această perioadă. Această programare a fost menținută constant timp de 1 lună. Respectarea unui interval de timp specific pentru colectarea probelor ajută la asigurarea consistenței și standardizării tuturor probelor, minimizând variațiile cauzate de factori externi precum dieta, nivelul de activitate fizică și condițiile de mediu, contribuind astfel la fiabilitatea și acuratețea rezultatelor studiului. În plus, limitarea consumului la apă în perioada de colectare menține uniformitatea compoziției probelor de respirație și reduce riscul variabilelor confuzive. Abordarea sistematică a colectării probelor, inclusiv intervalul de timp specificat și instrucțiunile dietetice, îmbunătățește calitatea și fiabilitatea datelor obținute din studiu. În acest studiu, concentrația de amoniac, un indicator cheie, este evaluată folosind o metodă bazată pe principiul că numărul de compuși care absorb este direct proporțional cu amplitudinea semnalului. Emisiile de amoniac au fost măsurate într-un grup de 10 participanți cu vârste între 28 și 60 de ani.
Tehnica implică stimularea unui compus chimic care absoarbe radiația laser la un nivel cuantic mai ridicat, ceea ce duce la reducerea intensității luminii laser. Această reducere poate fi cuantificată cu precizie folosind spectroscopia de absorbție. Lumina emisă de laserul CO2 este direcționată către celula de detecție, unde sunt înregistrate datele spectrului de absorbție al amoniacului. Spectrele furnizate, inclusiv spectrul de emisie al laserului CO2, oferă informații valoroase despre interacțiunile dintre lumina laser și moleculele de amoniac, facilitând măsurarea și analiza precisă a concentrațiilor de amoniac din probă.
Figura de mai jos arată concentrațiile medii de ABT (testul de respirație pentru amoniac) pentru un singur participant, atât în prezența, cât și în absența infecției cu H. pylori.
Media tuturor măsurătorilor ABT a fost calculată pentru participanții sănătoși (marcați cu ssx) și cei infectați cu H. pylori (marcați cu sHPx). Analiza statistică a fost efectuată folosind programul GraphPad Prism, aplicând ANOVA de o singură cale cu testul post-hoc Tukey. ABT se referă la testul de tespirație pentru amoniac.
Valoarea mediană a concentrației de amoniac a fost de 819 ppb pentru participanții sănătoși, în timp ce pentru cei infectați cu H. pylori a crescut la 1317 ppb.
Analizând rezultatele obtinute, concentrația medie de amoniac/zi pentru participanții sănătoși a fost: ss1 - 781 ppb, ss2 - 780 ppb, ss3 - 754 ppb, ss4 - 891 ppb și ss5 - 889 ppb. Pentru participanții infectați cu H. pylori, concentrațiile medii au fost: sHP1 - 1308 ppb, sHP2 - 1233 ppb, sHP3 - 1373 ppb, sHP4 - 1370 ppb și sHP5 - 1300 ppb.
Analiza statistică a comparat participanții sănătoși cu cei infectați. S-a observat o diferență semnificativă pentru ss3 comparativ cu ceilalți participanți sănătoși (****p < 0.0001). De asemenea, sHP2 și sHP5 au avut valori mai mici comparativ cu ceilalți participanți infectați (****p < 0.0001). Deși există o oarecare variabilitate în fiecare grup, valorile sunt bine separate, participanții sănătoși având concentrații de amoniac semnificativ mai mici decât cei infectați (****p < 0.0001).
Pentru a evalua reproducibilitatea metodei de spectroscopie fotoacustică cu laser în infraroșu pentru analiza concentrațiilor de amoniac în respirația participanților s-a urmat următorul protocol: colectarea probelor (probarea respirației participanților s-a făcut cu patru reproduceri/ zi); durata (colectarea probelor s-a realizat timp de 5 zile consecutive); frecvența (probarea a avut loc o dată pe zi pentru fiecare participant, cu patru reproduceri zilnic); durata totală (protocolul de colectare a probelor a fost desfășurat pe parcursul a o lună).
Această abordare sistematică a permis evaluarea reproducibilității metodei prin analiza consistenței și variabilității concentrațiilor de amoniac în probele de respirație ale participanților, pe parcursul mai multor replicări și zile. Prin efectuarea de replicări multiple pe zi și pe parcursul mai multor zile, au fost identificate și evaluate posibilele variații ale măsurătorilor. Această evaluare cuprinzătoare ajută la asigurarea fiabilității și robusteții metodei de spectroscopie fotoacustică cu laser în infraroșu pentru cuantificarea concentrațiilor de amoniac în respirația participanților. În general, acest protocol riguros oferă informații valoroase despre reproducibilitatea și fiabilitatea metodei analitice, facilitând o interpretare precisă și semnificativă a rezultatelor studiului.
Pentru participanții sănătoși, rezultatele ABT pe zile individuale (intra-zilnice) au variat între 754 și 889 ppb, cu deviații standard relative (RSD) între 0,2% și 0,8%. Pentru participanții infectați cu H. pylori, rezultatele ABT pe zile individuale au variat între 1233 și 1373 ppb, cu RSD-uri între 0,1% și 0,6%.
Rezultatele generale (inter-zilnice) pentru ABT în rândul participanților sănătoși au avut o medie de 819 ppb, cu un RSD de 0,5%. În contrast, rezultatele generale pentru participanții infectați cu H. pylori au avut o medie de 1317 ppb, cu un RSD de 0,3%.
Aceste constatări sugerează că participanții infectați cu H. pylori au tendința de a prezenta concentrații mai mari de amoniac în probele lor de respirație comparativ cu participanții sănătoși. În plus, RSD-urile indică gradul de variabilitate al rezultatelor, cu o variabilitate în general mai mică observată în rândul participanților infectați comparativ cu cei sănătoși.
Rezultatele obținute au arătat că concentrația de amoniac în respirația participanților infectați cu H. pylori (presupunând infecția cu Helicobacter pylori) era cu aproximativ 40% mai mare comparativ cu grupul de control. Aceasta indică faptul că persoanele cu infecție H. pylori tind să aibă niveluri mai ridicate de amoniac în probele lor de respirație, comparativ cu cele fără infecție. Această constatare sugerează o posibilă asociere între infecția cu H. pylori și creșterea producției sau eliberării de amoniac în sistemul respirator.
Analize suplimentare și investigații pot fi necesare pentru a înțelege mecanismele de bază și implicațiile diferenței observate în concentrațiile de amoniac între persoanele infectate cu H. pylori și grupul de control.
Rezultatele studiului sugerează că nivelurile de amoniac în respirația persoanelor infectate cu H. pylori sunt mai mari decât în cazul persoanelor sănătoase, cu o creștere de 489 ppb.
Comparație cu alte studii
Studiile anterioare [doi: 10.1002/bmc.1460, doi: 10.1088/1752-7163/aacbfb, doi: 10.1016/j.mimet.2005.09.003] au arătat că amoniacul crește în prezența H. pylori comparativ cu grupul de control, dar niciunul dintre acestea nu a folosit spectroscopia fotoacustică cu laser CO2. Originalitatea cercetării noastre constă în evaluarea amoniacului din respirația participanților, cu și fără H. pylori, folosind un sistem de detectare dedicat.
Creșterea observată a nivelurilor de amoniac în respirația din studiul nostru contrastează cu rezultatele raportate de Smith și Spanel [DOI: 10.1002/(SICI)1097-0231(19960731)10:10<1183::AID-RCM641>3.0.CO;2-3], care au găsit o creștere de aproximativ 4 părți pe milion (ppm) a concentrației de amoniac după administrarea orală a 2 g de uree nonradioactivă. De asemenea, Kearney și ceilalți [DOI: 10.1023/a:1020568227868] au raportat creșteri semnificative ale nivelurilor de amoniac în respirație după ingerarea ureii, variind între 198% și 1494% în rândul persoanelor infectate cu H. pylori.
Aceste diferențe sugerează că relația dintre infecția cu H. pylori și concentrațiile de amoniac în respirație poate varia între diferite studii și condiții experimentale. Factori precum metoda de măsurare a amoniacului, doza de uree administrată și variațiile individuale în procesele metabolice pot contribui la aceste discrepanțe.
Este important să luăm în considerare aceste diferențe atunci când interpretăm rezultatele cercetărilor și să investigăm în continuare mecanismele fundamentale care determină modificările nivelurilor de amoniac în respirație asociate cu infecția H. pylori. Aceasta cercetare continuă va contribui la o mai bună înțelegere a implicațiilor diagnostice și clinice ale biomarkerilor de respirație în infecția cu H. pylori și condiții conexe.
În alte studii de cercetare, pacienții infectați cu H. pylori care suferă de insuficiență renală au fost indicați cu niveluri mai ridicate de amoniac în sucul gastric comparativ cu subiecții infectați cu H. pylori fără insuficiență renală, sugerând că nivelurile crescute de uree în sânge sporesc producția de amoniac de către H. pylori [DOI: 10.1136/gut.33.12.1612, DOI: 10.1136/jcp.46.6.544].
Toate aceste studii subliniază rolul infecției cu H. pylori în cauzarea hiperamoniemiei și a nivelurilor ridicate de amoniac în sucul gastric la pacienții cu ciroză și uremie. În cercetarea noastră, am extrapolat aceste constatări la măsurarea amoniacului în respirație la subiecți infectați cu H. pylori, fără ingestia de uree, comparativ cu măsurarea amoniacului în respirația subiecților normali.
Studiul de cercetare prezentat a fost realizat în cadrul proiectului intitulat „Respirația umană în lungimi de undă” (acronim HRW), cu codul PN-III-P1-1.1-TE-2021-0717, nr. 82/13.05.2022. Proiect ce a fost coordonat de dr. Cristina Popa și derulat de UEFISCDI în colaborare cu Institutul Național pentru Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației (INFLPR).
Despre dr.fiz. Cristina Popa:
Deține poziția de cercetător științific grad I (CS1) la Institutul Național pentru Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației din Măgurele. Are rezultate remarcabile în domeniul spectroscopiei fotoacustice cu laser și în analiza compușilor din respirația umană, precum și din respirația plantelor, fructelor și legumelor, precum și în analiza aerului atmosferic.
Institutul Național de Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației este un institut de cercetare de nivel național stabilit prin hotărîre a Guvernului Romaniei în anul 1977 cu misiunea de a conduce cercetări fundamentale și aplicative la nivel național și internațional în domeniile fotonicii, plasmei și acceleratoarelor de electroni.
INFLPR desfășoară activități de cercetare fundamentală și aplicativă în domeniul laserelor de mare putere și a materialelor fotonice, nanomaterialelor și nanotehnologiilor, elaborarea de tehnologii informaționale și dot-uri cuantice, tehnologii de acoperire în plasmă și microtomografie de raze X, biofotonică și aplicații medicale ale fotonicii.
Credit prima imagine: depositphotos.com
