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 pode um bafômetro medir o nível de álcool no nosso sangue, horas depois da última ingestão, com base apenas no sopro?
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.
O ar exalado dos pulmões contém vestígios de centenas, até mesmo milhares, de compostos orgânicos voláteis: pequenas moléculas, leves o bastante para viajarem facilmente como gases. Uma delas é o etanol, que consumimos em bebidas alcoólicas. Ele viaja pela corrente sanguínea, até os alvéolos pulmonares, passando para o ar exalado a uma concentração 2 mil vezes menor, em média, do que no sangue.
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.
Quando alguém sopra em um bafômetro, o etanol presente no ar exalado passa para uma câmara de reação. Lá, ele é convertido em outra molécula, chamada acido acético, em um tipo especial de reator que produz uma corrente elétrica durante a reação. A força da corrente indica a quantidade de etanol na amostra de ar, e, por conseguinte, no sangue.
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?
Além dos compostos orgânicos voláteis, como o etanol ingerido dos alimentos e das bebidas alcoólicas, os processos bioquímicos de nossas células produzem muitos outros. E quando algo interfere nesses processos, como uma doença, os compostos orgânicos voláteis presentes no ar exalado também podem variar. Será que poderíamos detectar doenças analisando o ar exalado por uma pessoa, sem exames de diagnósticos mais invasivos como biópsias, radiação e exames de sangue? Teoricamente, sim.
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.
Mas os testes de doenças são bem mais complicados que os de nível alcoólico. Para identificar doenças, os pesquisadores precisariam considerar dezenas de compostos no ar exalado. Uma dada doença pode fazer com que alguns desses compostos aumentem ou diminuam de concentração, enquanto outros talvez não mudem. É provável que o perfil seja diferente para cada doença e que possa até mesmo variar em diferentes estágios dela. Por exemplo, os tipos de câncer estão entre os candidatos
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.
mais pesquisados para o diagnóstico pela análise do ar exalado. Uma das reações bioquímicas que muitos tumores podem causar é um grande aumento em um processo de geração de energia chamado glicólise, conhecido como "Efeito Warburg", Esse aumento da glicólise eleva os metabólitos, como o lactato, que, por sua vez, podem afetar uma série de processos metabólicos e, por fim, resultar na composição alterada do ar, possivelmente incluindo uma concentração aumentada de compostos voláteis, como o sulfóxido de dimetilo. Mas o Efeito Warburg é apenas um possível indicador de atividade cancerosa e não revela nada sobre o tipo de câncer. Mais indicadores são necessários para fazer um diagnóstico. Para encontrar essas diferenças sutis,
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.
os pesquisadores comparam o ar exalado por pessoas saudáveis com o de pessoas que sofrem de alguma doença, usando perfis baseados em centenas de amostras de ar. Essa análise complexa requer um tipo de sensor bem diferente e mais versátil que o bafômetro. Alguns estão sendo desenvolvidos. Alguns diferenciam os compostos individuais, observando como eles se movem por uma série de campos elétricos. Outros utilizam uma gama de resistores feitos de diferentes materiais, os quais alteram a resistência quando expostos a uma certa mistura de compostos orgânicos voláteis. Há outros desafios também.
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.
Essas substâncias estão presentes em concentrações incrivelmente baixas, geralmente apenas partes por bilhão, muito inferiores às concentrações de etanol no ar exalado. Os níveis dos compostos podem ser influenciados por fatores além da doença, incluindo idade, gênero, alimentação e estilo de vida. Por fim, existe a necessidade de distinguir quais compostos da amostra foram produzidos no organismo do paciente e quais foram inalados no ambiente, pouco antes do teste. Em razão desses desafios,
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.
a análise do ar exalado ainda não está disponível. Mas os testes clínicos preliminares em câncer nos pulmões, no cólon e em outros tipos de câncer têm apresentado resultados encorajadores. Um dia, a detecção precoce do câncer