How is it that a breathalyzer can measure the alcohol content in someone’s blood, hours after they had their last drink, based on their breath alone?
¿Cómo es que un alcoholímetro puede medir el volumen de alcohol en sangre de alguien horas después de su última bebida y solo basándose en un soplo?
Exhaled breath contains trace amounts of hundreds, even thousands, of volatile organic compounds: small molecules lightweight enough to travel easily as gases. One of these is ethanol, which we consume in alcoholic drinks. It travels through the bloodstream to tiny air sacs in the lungs, passing into exhaled air at a concentration 2,000 times lower, on average, than in the blood.
La respiración exhalada contiene cientos e incluso miles de compuestos orgánicos volátiles: pequeñas moléculas suficientemente livianas para viajar como gases. Uno de ellos es el etanol que consumimos en bebidas alcohólicas. Viaja por el torrente sanguíneo hacia diminutos sacos de aire en los pulmones, y se convierte en aire que exhalamos a una concentración 2000 veces menor, en promedio, que en la sangre.
When someone breathes into a breathalyzer, the ethanol in their breath passes into a reaction chamber. There, it’s converted to another molecule, called acetic acid, in a special type of reactor that produces an electric current during the reaction. The strength of the current indicates the amount of ethanol in the sample of air, and by extension in the blood.
Cuando una persona sopla en el alcoholímetro, el etanol de su aliento pasa a una cámara de reacción. Allí, es convertido en otra molécula llamada ácido acético, un tipo especial de reactor que produce una corriente eléctrica en dicha reacción. La fuerza de la corriente indica la cantidad de etanol en la muestra de aire y, por extensión, en la sangre.
In addition to the volatile organic compounds like ethanol we consume in food and drink, the biochemical processes of our cells produce many others. And when something disrupts those processes, like a disease, the collection of volatile organic compounds in the breath may change, too. So could we detect disease by analyzing a person’s breath, without using more invasive diagnostic tools like biopsies, blood draws, and radiation?
Además de los compuestos orgánicos volátiles como el etanol que consumimos en comidas y bebidas, los procesos bioquímicos de nuestras células producen muchos otros. Cuando algo altera esos procesos, como por ejemplo una enfermedad, el conjunto de esos compuestos orgánicos volátiles en la respiración también puede modificarse. ¿Podríamos detectar una enfermedad analizando la respiración de una persona, sin utilizar métodos de diagnóstico más invasivos como son las biopsias, las extracciones de sangre o los estudios radiográficos?
In theory, yes, but testing for disease is a lot more complicated than testing for alcohol. To identify diseases, researchers need to look at a set of tens of compounds in the breath. A given disease may cause some of these compounds to increase or decrease in concentration, while others may not change— the profile is likely to be different for every disease, and could even vary for different stages of the same disease.
En teoría, sí. Pero las pruebas para detectar otras enfermedades son más complicadas. Para identificar enfermedades, los investigadores necesitan buscar grupos de diez compuestos en la respiración. Una enfermedad determinada puede causar que alguno de estos compuestos crezca o reduzca su concentración, mientras que otros no cambian. El perfil cambia para cada enfermedad e incluso puede variar según distintas fases de la misma enfermedad.
For example, cancers are among the most researched candidates for diagnosis through breath analysis. One of the biochemical changes many tumors cause is a large increase in an energy-generating process called glycolysis. Known as the Warburg Effect, this increase in glycolysis results in an increase of metabolites like lactate which in turn can affect a whole cascade of metabolic processes and ultimately result in altered breath composition, possibly including an increased concentration of volatile compounds such as dimethyl sulfide. But the Warburg Effect is just one potential indicator of cancerous activity, and doesn’t reveal anything about the particular type of cancer. Many more indicators are needed to make a diagnosis.
Por ejemplo, el cáncer es el candidato más investigado de todos a través del análisis de la respiración. Uno de los cambios bioquímicos que numerosos tumores causan es el gran aumento en el proceso de generación de energía llamada glucólisis, conocido como el efecto Warburg. Este aumento en la glucólisis provoca un aumento de metabolitos como el lactato, el cual puede afectar a un torrente completo de procesos metabólicos y producir finalmente una composición de respiración alterada, que posiblemente incluya una creciente concentración de compuestos volátiles como el sulfuro de dimetilo. Pero el efecto Warburg es solo un posible indicador de actividad cancerígena y no revela nada sobre el tipo de cáncer. Se necesitan más indicadores para hacer un diagnóstico.
To find these subtle differences, researchers compare the breath of healthy people with the breath of people who suffer from a particular disease using profiles based on hundreds of breath samples. This complex analysis requires a fundamentally different, more versatile type of sensor from the alcohol breathalyzer. There are a few being developed. Some discriminate between individual compounds by observing how the compounds move through a set of electric fields. Others use an array of resistors made of different materials that each change their resistance when exposed to a certain mix of volatile organic compounds.
Para encontrar estas sutiles diferencias se compara la respiración de personas saludables con la de personas que sufren alguna enfermedad, usando perfiles basados en cientos de pruebas de respiración. Este análisis complejo requiere de un diferente y más versátil tipo de sensor que el alcoholímetro. Hay unos cuantos en desarrollo. Algunos diferencian entre compuestos individuales al observar cómo se mueven por una serie de campos eléctricos. Otros utilizan una variedad de resistores de diferentes materiales, cada uno de los cuales cambia su resistencia cuando se lo expone a una cierta combinación de compuestos orgánicos volátiles.
There are other challenges too. These substances are present at incredibly low concentrations— typically just parts per billion, much lower than ethanol concentrations in the breath. Compounds’ levels may be affected by factors other than disease, including age, gender, nutrition, and lifestyle. Finally, there’s the issue of distinguishing which compounds in the sample were produced in the patient’s body and which were inhaled from the environment shortly before the test.
También hay otros desafíos. Estas substancias están presentes en proporciones extremadamente pequeñas, algunas partes cada mil millones, mucho menos que las concentraciones de etanol en la respiración. Factores diferentes a la enfermedad pueden afectar los niveles de compuestos, como la edad, el sexo, la nutrición y el estilo de vida. Por último, está el asunto de distinguir qué compuestos de la muestra fueron producidos en el cuerpo del paciente y cuáles fueron inhalados del entorno poco antes de la prueba. A causa de estos desafíos, los análisis del aliento no están listos aún.
Because of these challenges, breath analysis isn’t quite ready yet. But preliminary clinical trials on lung, colon, and other cancers have had encouraging results. One day, catching cancer early might be as easy as breathing in and out.
Pero ensayos clínicos preliminares de cáncer de pulmón, colon y otros han tenido resultados alentadores. Algún día, detectar el cáncer tempranamente