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?
Comment un alcootest mesure-t-il le taux d'alcool dans le sang des heures après avoir bu de l'alcool, sur la base de notre haleine uniquement ?
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.
Notre haleine contient des traces de centaines, voire de milliers de composants organiques volatiles : des molécules très petites et légères se déplaçant aussi aisément que des gaz. L'éthanol, qui fait partie de nos consommations alcoolisées, en fait partie. Il est véhiculé par notre sang et arrive dans les poumons. Il passe ensuite dans notre haleine avec une concentration 2 000 fois inférieure en moyenne, que son taux dans le sang.
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.
Quand on souffle dans un alcootest, l'éthanol dans l'air que nous expirons passe dans une chambre de réaction. Il est converti dans une autre molécule appelée acide acétique dans un réacteur particulier qui produit un courant électrique pendant la réaction. La puissance du courant indique le taux d'éthanol dans l'échantillon d'air et par extension, dans le sang.
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?
Outre les composants organiques volatiles comme l'éthanol que nous consommons dans notre alimentation, les processus biochimiques de nos cellules en produisent beaucoup d'autres. Quand ces processus sont perturbés par un événement, une maladie par exemple, la composition de ces composants inclus dans notre haleine peut être altérée aussi. Serait-il possible de détecter une maladie en analysant l'haleine d'une personne, sans les outils de diagnostic plus invasifs que sont les biopsies, les prises de sang et les radiations ?
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 théorie, la réponse est oui. Toutefois, diagnostiquer une maladie s'avère plus compliqué que pour l'alcool. Pour identifier des maladies, les chercheurs doivent observer une série de dizaines de composants contenus dans l'haleine. Une maladie particulière peut provoquer une variation dans la concentration de certains composants, sans altérer les autres. Chaque maladie aura sa propre signature
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.
et pourrait même marquer l'haleine différemment selon son évolution. Prenons les cancers, les candidats les plus étudiés pour développer un outil de diagnostic basé sur l'haleine. Un des changements biochimiques causés par de nombreuses tumeurs est l'augmentation drastique d'un processus qui produit de l'énergie appelé la glycolyse. Connue sous le nom d'Effet Warburg, l'augmentation de glycolyse résulte dans une augmentation des métabolites comme le lactate, qui elle-même influence une cascade de processus métaboliques avec pour conséquence l'altération de la composition de notre haleine, incluant probablement une concentration plus forte de composants volatiles comme le sulfure de diméthyle. L'Effet Warburg est un des indicateurs potentiels d'activité cancéreuse et ne dit rien sur le type de cancer.
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.
D'autres indicateurs seront nécessaires pour réaliser un diagnostic. Pour trouver ces différences subtiles, les chercheurs comparent l'haleine de personnes saines avec celles de personnes qui souffrent d'une maladie précise à partir de centaines de profils d'haleine. Cette analyse complexe exige des types de capteurs polyvalents très différents de ceux employés pour un alcootest. Un petit nombre sont en cours de développement. Certains différencient les composants individuels en observant le flux des composants à travers un set de champs électriques. D'autres utilisent une matrice de résistance faite de plusieurs matériaux dont la résistance est altérée par l'exposition à des mélanges précis
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.
de composants organiques volatiles. Il y a d'autres défis encore. Ces substances sont présentes en des concentrations extrêmement faibles, typiquement, quelques molécules par milliards, une concentration bien plus faible que l'éthanol dans l'haleine. D'autres facteurs que la maladie peuvent aussi altérer le niveau de ces composants comme l'âge, le sexe, la nutrition et l'hygiène de vie. Enfin, il y a le problème de distinguer quels composants dans les échantillons ont été produits par le corps du patient de ceux présents dans l'environnement qui ont été inhalés
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.
peu de temps avant le test. Tous ces défis rendent les tests d'haleine précaires aujourd'hui. Mais des premiers tests cliniques pour le cancer du poumon ou du côlon montrent des résultats encourageants.