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?
Como é que um balão pode medir o conteúdo do álcool no sangue duma pessoa, horas depois de ela ter bebido a última bebida,
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.
com base apenas no seu bafo? O bafo exalado contém quantidades detetáveis de centenas ou mesmo milhares de compostos orgânicos voláteis: pequenas moléculas suficientemente leves para viajarem facilmente, como gases. Um deles é o etanol que consumimos nas bebidas alcoólicas. Viaja pela corrente sanguínea até aos diminutos sacos aéreos dos pulmões, passando para o ar exalado numa concentração 2000 vezes mais baixa,
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.
em média, do que no sangue. Quando alguém sopra num balão, o etanol no seu bafo passa por uma câmara de reação. Aí, converte-se noutra molécula, chamada ácido acético, num tipo especial de reator que produz uma corrente elétrica durante a reação. A força da corrente indica a quantidade de etanol
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?
na amostra de ar e, por extensão, no sangue. Para além dos compostos orgânicos voláteis, como o etanol, que consumimos nos alimentos e nas bebidas, os processos bioquímicos das células produzem muitos outros. Quando qualquer coisa prejudica esses processos, como uma doença, a colheita dos compostos orgânicos voláteis no bafo também pode mudar. Então, será possível detetar uma doença analisando o bafo duma pessoa sem usar meios de diagnóstico mais invasivos como as biópsias, as radiações e as colheitas de sangue?
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.
Em teoria, sim, mas testar uma doença é muito mais complicado do que testar álcool. Para identificar doenças, os investigadores precisam de observar dezenas de compostos no bafo. Uma determinada doença pode causar que alguns desses compostos aumente ou diminua de concentração enquanto outros podem não se alterar — o perfil provavelmente será diferente para cada doença e pode variar em diferentes fases da mesma doença.
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 exemplo, os cancros encontram-se entre os candidatos mais investigados para um diagnóstico através da análise do bafo. Uma das alterações biológicas que muitos tumores provocam é um grande aumento num processo que gera energia, chamado glicólise. Conhecido por Efeito de Warburg, este aumento da glicólise resulta num aumento de metabólitos como a lactato que, por sua vez, podem afetar toda uma cascata de processos metabólicos e acabar por resultar numa composição alterada do bafo, possivelmente incluindo uma concentração aumentada de compostos voláteis como o dimetilsulfureto. Mas o Efeito de Warburg é apenas um indicador potencial de atividade cancerosa e não revela nada sobre o tipo particular do cancro. São precisos muito mais indicadores para fazer um 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 essas diferenças subtis, os investigadores comparam o bafo de pessoas saudáveis com o bafo de pessoas que sofrem duma determinada doença usando perfis com base em centenas de amostras de bafos. Esta análise complexa exige um tipo de sensor totalmente diferente, mais versátil do que o balão do álcool. Há alguns em desenvolvimento. Alguns discriminam entre compostos individuais observando como os compostos se movimentam através dum conjunto de campos elétricos. Outros usam uma série de resistências feitas de diferentes materiais que mudam de resistência quando expostas a uma determinada mistura de compostos orgânicos voláteis.
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.
Também há outros problemas. Essas substâncias estão presentes em concentrações extremamente baixas — normalmente, em partes por mil milhões, muito mais baixas do que as concentrações de etanol no bafo. Os níveis de compostos podem ser afetados por fatores diferentes da doença, incluindo a idade, o sexo, a nutrição, e o estilo de vida. Por fim, há a questão de distinguir quais os compostos na amostra que foram produzidos pelo corpo do doente e quais os que foram inspirados a partir do ambiente, pouco tempo antes da análise.
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.
Por causa destes problemas, a análise do bafo ainda não está disponível. Mas testes clínicos preliminares ao cancro dos pulmões, do cólon e a outros cancros têm tido resultados encorajadores.