Atemgasanalyse: Über die Atemluft lassen sich Krankheiten diagnostizieren

Manche Krankheiten kann man riechen. Ein leicht süßlich-fruchtiger Acetongeruch etwa, deutet auf Diabetes, ein Ammoniakgeruch auf Nierenversagen hin. Wessen Atem nach frischem Brot riecht, der könnte an Typhus erkrankt sein. Inzwischen gibt es neben menschlichen auch elektronische Spürnasen, die den Atem, genauer gesagt seine Duftmoleküle analysieren. Auf diesem Prinzip beruht unter anderem auch der Alkoholtest.

Der amerikanische Nobelpreisträger Linus Pauling hatte um 1970 herausgefunden, dass der menschliche Atem mehr als 200 verschiedene gasförmige Substanzen enthält. In der Forschung hat sich seitdem viel getan: in Amerika wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem Krankheiten via Atemprobe diagnostiziert werden sollen. Diese Methode erwies sich in ersten Tests, etwa bei Brustkrebs, als zuverlässig.

Prof. Phillips vom New York Medical College und New Jersey Institute of Technology befasst sich seit über 20 Jahren mit der Atemgasanalyse und führte derweil erfolgreiche Studien zur Identifikation von Markern für Lungenkrebs durch.

Moleküle in der Atemluft

Etwa 3.000 flüchtige Substanzen enthält die menschliche Atemluft. Um diese Stoffe analysieren zu können sammelt Phillips organische Verbindungen durch Bindung an Aktivkohle. Nur rund zwei Minuten dauert die Prozedur für den Patienten: dieser atmet einfach in den Atemgasapparat. Mit einem technischen Verfahren werden die so gewonnenen Markersubstanzen von der Aktivkohle gelöst und mittels Gaschromatographie untersucht.

Der Gaschromatograph trennt die Moleküle auf. Dabei werden Muster kettenförmiger Kohlenstoffatome, so genannte verzweigte Alkane, erkennbar. Diese lassen Rückschlüsse auf Stoffwechselaktivitäten zu. Durch den Vergleich der Muster, können Veränderungen wie sie bei Erkrankungen auftreten, identifiziert werden. Je nachdem, welches Organ betroffen ist, entsteht so eine Art gasförmiger Fingerabdruck, der dem Arzt als Indikator dienen kann.

Atemgasanalyse bei Lungenkrebs und anderen Krankheiten

Prof. Phillips entdeckte, dass sich die Atemgasanalyse auch für die Diagnose von Patientinnen mit Brustkrebs eignet. Erste Studien mit den neuen Atemtests erwiesen sich als vielversprechend. In den USA konnten auf diesem Wege 48 von 51 Brustkrebspatientinnen erkannt werden. Damit gilt diese neue Methode als ebenso zuverlässig wie die Mammographie. Darüber hinaus, ist der Patient keiner Strahlenbelastung ausgesetzt.

Auch Abstoßungsreaktionen nach Herztransplantationen oder Fettstoffwechselstörungen sollen durch Atemtests diagnostiziert werden können. Prof. Risby (Department of Environmental Health Sciences, Johns Hopkins University, Baltimore) konnte aufzeigen, dass hohe Ethankonzentrationen im Atem von Kindern auf einen Mangel an Selen und Vitamin E zurückzuführen sind.

Auch bei Lungenkrebspatienten erreichte die Verlässlichkeit der Atemanalyse einen Wert von 85 Prozent. Inzwischen, so berichtet Innovations Report, wurde ein handgroßes Elektrogerät - die Cyranose entwickelt. Damit soll Lungenkrebs schon bald anhand von ausgeatmeter Luft diagnostiziert werden können. Zudem sei es amerikanischen Forschern der Cleveland Clinic in Ohio gelungen, einen Prototypen zu entwickeln, der ein früheres Erkennen dieser aggressiven Krebserkrankung möglich macht. Damit könnte der Atemtest bald zu einer Alternative zu den herkömmlichen Methoden werden. Wo bisher eine Gewebeentnahme, eine Biopsie, notwendig war, könnte die Untersuchung dann risikofrei über die Atemluft erfolgen. Doch noch sind die Kosten für eine solche Analyse sehr hoch.

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Die elektronische Nase für eine zuverlässige Diagnose

Aber auch andere Krankheiten wie bakterielle Infektionen der Atemwege, die zu Lungenentzündungen führen können, lassen sich mit Hilfe der "elektronischen Nase" entdecken. Bakterien hinterlassen im Atem charakteristische Spuren. Das Gerät erkennt, ob es sich bei einer Erkrankung um eine bakterielle Infektion handelt und hilft so dem Arzt bei der Entscheidung über eine Verabreichung von Antibiotika. Dadurch kann eine falsche Behandlung vermieden werden. Entwickelt wurde die sogenannte E-Nose von Forschern der Universität Pennsylvania.

Noch sind nur einige Atemdiagnosegeräte in den USA zugelassen, doch die Entwicklung schreitet in vielen Ländern zügig voran. Professor Anton Amann von der Universitätsklinik für Anästhesie und Allgemeine Intensivmedizin in Innsbruck erläuterte, dass einige Geräte auch in Europa bereits im Einsatz seien, zum Beispiel für den Nachweis von 13C-markiertem Kohlendioxid in der Ausatemluft. So ließe sich zum Beispiel das Bakterium Helicobacter pylori im Magen nachweisen, das für Magenerkrankungen und Magengeschwüre verantwortlich ist.