การตรวจวิเคราะห์ลมหายใจเพื่อวินิจฉัยโรค

           ลมหายใจ เกิดขึ้นเนื่องจากร่างกายต้องลำเลียงก๊าซออกซิเจนเข้าสู่ปอดและลำเลียงก๊าซคาร์บอนไดออกไซค์ออกจากร่างกาย  ภายในลมหายใจจะพบละอองฝอยที่ประกอบไปด้วยอนุภาคต่างๆ ทั้งขนาดเล็กและใหญ่  นอกเหนือจากนั้นสิ่งหนึ่งที่ปะปนออกมาด้วยนั่นก็คือ สารอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile Organic Compounds, VOCs) ซึ่งเป็นสารที่เกิดจากกระบวนการเมตาโบลิซึม (Metabolism) ของร่างกายผ่านเข้าสู่ระบบเลือดและออกมาทางลมหายใจ  และบางครั้งก็เป็นสาร VOCs ในลมหายใจก็อาจจะมาจากสิ่งแวดล้อมที่ถูกดูดซึมเข้าสู่ร่างกายแล้วออกมาทางลมหายใจได้เช่นเดียวกัน

           สาร VOCs ที่อยู่ในลมหายใจสามารถมีได้ถึง 1000 ชนิด  โดยทั่วไปจะพบในรูปแบบที่คล้ายคลึงกันหรือแตกต่างกันในแต่ละบุคคลขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยทั้งทางด้านสิ่งแวดล้อม การบริโภค หรือการใช้ยารักษาโรค แต่สาร VOCs บางชนิดที่เกิดขึ้นเฉพาะกลุ่มบุคคลที่แสดงอาการป่วยด้วยโรคเดียวกัน  ทำให้สามารถใช้สาสาร VOCs นี้เป็นตัวชี้วัดทางชีวภาพ (Biomarkers) เพื่อตรวจคัดกรอง ตรวจติดตามการเกิดโรค หรือตรวจติดตามการรักษาโรคได้ เช่น ผู้ป่วยโรคมาลาเลีย จะพบสาร Allyl methyl sulfide, Propyl methyl sulfide, Methyl trans-propen-1-yl sulfide และ Methyl cis-propen-1-yl sulfide แตกต่างจากผู้ที่มีร่างกายปกติอย่างชัดเจน หรือ ผู้ป่วยโรคมะเร็งจะพบสาร Ketone และ Aldehyde มากกว่าคนปกติ เป็นต้น

กราฟแสดงความแตกต่างของสาร VOCs  ที่เป็นตัวบ่งชี้โรคที่พบในผู้ป่วยโรคมาลาเลีย

อาสาสมัครจะถูกทําให้ติดเชื้อจนผ่านไป 7 วัน จึงให้ยาต้านเชื้อมาลาเรีย

                 การใช้ลมหายใจเพื่อตรวจคัดกรอง วินิจฉัย และตรวจติดตามการรักษาโรคมีข้อดีเมื่อเทียบกับการตรวจโดยการใช้เลือด คือ ผู้เข้ารับการตรวจไม่เจ็บตัว  สามารถเก็บตัวอย่างได้มากทดสอบซ้ำๆ ต่อเนื่องเพื่อให้เห็นการเปลี่ยนแปลงหรือแนวโน้มของสภาวะต่างๆ ในร่างกายเมื่อได้รับการรักษา  ดังนั้นการใช้ลมหายใจเพื่อใช้เป็นตัวชี้วัดทางชีวภาพจึงเป็นทางเลือกที่ช่วยให้การวิเคราะห์ วิจัย และวินิจฉัย ทำได้ง่ายมากยิ่งขึ้นแม้ว่าในปัจจุบันยังอยู่ในขั้นตอนการของการวิจัยแต่แนวโน้มของงานวิจัยที่ประสบความสำเร็จที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ คาดว่าในอนาคตอันใกล้นี้วิธีการนี้จะถูกนำมาใช้ในการตรวจวินิจฉัยอย่างแพร่หลาย ทำให้การตรวจคัดกรองโรคต่างๆ เกิดได้ทั่วถึงทุกคนเนื่องจากเป็นวิธีที่ค่าใช้จ่ายไม่สูงและทำได้รวดเร็วอีกด้วย

กราฟแสดงจำนวนงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ลมหายใจที่เพิ่มขึ้น

การเก็บตัวอย่างลมหายใจ

         สาร VOCs ที่อยู่ในลมหายใจนั้นมีความเจือจางเนื่องด้วยองค์ประกอบของลมหายใจมีหลากหลาย ดังนั้นการเก็บตัวอย่างลมหายใจเพื่อนสาร VOCs ไปวิเคราะห์จะต้องมีการเพิ่มความเข้มข้นของสาร VOCs ก่อนนำไปวิเคราะห์  สามารถทำได้โดยใช้หลอดเก็บตัวอย่างที่บรรจุตัวดูดซับ (Sorbent Tube) ที่เหมาะสม  จากนั้นสามารถผ่านลมหายใจเพื่อให้ดักจับเฉพาะสาร VOCs ไว้ เป็นการเพิ่มความเข้มข้นของสารก่อนนำไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิค Thermal Desorption- Gas Chromatography- Mass Spectrometer (TD-GC-MS)

รูปแสดงขั้นตอนการเก็บตัวอย่างลมหายใจ

รูปแสดงการเก็บตัวอย่างลมหายใจด้วยอุปกรณ์ BIO-VAC (ซ้าย) และ ReCIVA Breath Sampler (ขวา)

วิธีวิเคราะห์

                   เมื่อเก็บตัวอย่างลมหายใจจากผู้ทดสอบเรียบร้อยแล้ว หลอดบรรจุตัวอย่าง (Sample tube หรือ Sorbent tube) จะถูกนำเข้าระบบ Thermal Desorption เพื่อชะสาร VOCs เข้าสู่ระบบแก๊สโครมาโทกราฟีเพื่อแยกและวิเคราะห์ชนิดและปริมาณของสาร VOCs ต่อไป โดยขั้นตอนการชะสาร VOCs ในระบบของ Thermal Desorption นั้นแบ่งเป็น 2 ขั้นตอนคือ

                    1. Tube desorption เป็นการให้ความร้อนกับ Sorbent Tube หรือ Sample Tube เพื่อให้สาร VOCs ถูกชะออกสู่ Focusing trap ที่สามารถควบคุมอุณหภูมิต่ำได้ในช่วง -30 ถึง 50 องศาเซลเซียส และยังสามารถเลือกแบ่งตัวอย่างที่ถูกชะออกมา (Split) สู่ Sorbent Tube เปล่าเพื่อเก็บตัวอย่างไว้วิเคราะห์ซ้ำ (Recollection) ได้อีกด้วย