Neuer Sensor entwickelt: Fettabbau über die Atemluft messen
Forscher aus der Schweiz haben einen Sensor entwickelt, mit dem man einfach per Atemanalyse messen kann, wann der Körper beginnt, Fett zu verbrennen. Laut den Wissenschaftlern eignet sich die Technik, „für den Alltagsgebrauch, fürs Training in einem Fitnesscenter oder während einer Diät.“
Ausdauersport hilft beim Abnehmen
Untersuchungen zufolge leben immer mehr Übergewichtige in Deutschland. Viele versuchen , ihren dicken Bauch wieder loszuwerden, indem sie bestimmte Lebensmittel meiden beziehungsweise eine Diät machen. Doch das allein reicht meist nicht aus. Um Bauchfett abzubauen, ist es in der Regel auch nötig, sich regelmäßig zu bewegen. Ausdauersport eignet sich hier besonders gut. Mit einem neu entwickelten Sensor kann man dabei künftig ganz einfach per Atemanalyse messen, wann der Körper beginnt, Fett zu verbrennen.
Fettabbau ganz einfach in der Atemluft nachweisbar
Unser Körper verbrennt beim Ausdauertraining nicht nur Kohlenhydrate wie Zucker, sondern auch Fette. Wann der Körper beginnt, Fett zu verbrennen, lässt sich heute zum Beispiel mit der Analyse von Biomarkern im Blut oder im Urin bestimmen.
Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich und des Universitätsspitals Zürich (USZ) entwickelten nun eine Methode, mit der sich der Fettabbau ganz einfach und in Echtzeit in der Atemluft von Sporttreibenden nachweisen lässt.
„Beim Fettabbau im Körper entstehen Nebenprodukte, die ins Blut gelangen“, erklärte Andreas Güntner, Postdoc in der Gruppe von ETH-Professor Sotiris Pratsinis laut den „ETH-News“.
In den Lungenbläschen können diese Moleküle in die Atemluft übertreten, besonders die leichtflüchtigen unter ihnen. Das flüchtigste dieser Fettabbauprodukte ist Azeton.
Die Schweizer Forscher haben einen kleinen Gassensor entwickelt, der diesen Stoff misst. Ihr Sensor ist viel empfindlicher als bisherige Sensoren: er kann einzelne Azeton-Moleküle in hundert Millionen anderer Moleküle nachweisen.
Außerdem misst der Sensor nur Azeton und nichts anderes; die weiteren über 800 bekannten flüchtigen Komponenten in der Atemluft beeinflussen die Messung nicht.
Im Fachmagazin „Analytical Chemistry“ berichten die Experten über ihre neue Entwicklung.
Funktion des Sensors bei Sporttreibenden überprüft
In Zusammenarbeit mit Lungenspezialisten am Universitätsspital Zürich überprüften die Wissenschaftler die Funktion des Sensors bei sporttreibenden Freiwilligen. Diese absolvierten eineinhalb Stunden Training auf einem Fahrradergometer mit zwei kurzen Pausen.
In regelmäßigen Abständen ließen die Forschenden die Probanden in ein Röhrchen blasen, das mit dem Azeton-Sensor verbunden war.
„Wir konnten damit zeigen, dass sich der Azeton-Ausstoss in der Atemluft von Mensch zu Mensch stark unterscheidet“, erläuterte Güntner.
Die frühere und mittlerweile überholte Lehrmeinung besagte, dass Sporttreibende erst nach einer bestimmten Trainingszeit und Herzfrequenz beginnen, Fett zu verbrennen.
In den Messungen der Wissenschaftler setzte die Fettverbrennung bei einigen Probanden tatsächlich erst gegen Ende der eineinhalbstündigen Trainingseinheit ein. Bei anderen Freiwilligen zeigten die Messungen, dass ihr Körper schon viel früher Fett verbrennt.
Kontrollmessungen ergaben, dass die neue Messmethode gut übereinstimmt mit der Konzentration des Biomarkers Beta-Hydroxybutyrat im Blut der Studienteilnehmer. Diese Blutanalyse ist eine der heutigen Standardmethoden, um den Fettabbau nachzuverfolgen.
Chip sollte ursprünglich zur Diabetes-Diagnose verwendet werden
Bei dem von den Wissenschaftlern entwickelten Sensor handelt es sich um einen Chip, der mit einem porösen Film aus speziellen halbleitenden Nanopartikeln beschichtet ist. Die Partikel bestehen aus Wolframtrioxid, das die Forschenden mit einzelnen Silizium-Atomen versetzt hatten.
Angefangen hat die Entwicklung dieses Chips bereits vor sieben Jahren. Damals entdeckten ETH-Forscher, dass Wolframtrioxid-Nanopartikel mit Azeton wechselwirken, sofern die Atome der Nanopartikel in einer bestimmten Kristallstruktur angeordnet sind.
Die Wechselwirkung verringert den elektrischen Widerstand des mit den Nanopartikeln beschichteten Chips, was messbar ist.
Ursprünglich war die Idee, den Chip zur Diagnose von Diabetes zu verwenden. Denn in der Atemluft von Patienten mit unbehandeltem Diabetes Typ 1 lassen sich hohe Azeton-Konzentration nachweisen.
Mittlerweile konnten die Wissenschaftler jedoch zeigen, dass der Sensor empfindlich genug ist, um die sehr geringen Azeton-Konzentrationen im Atem von Sporttreibenden nachzuweisen.
Die Forscher sind dabei die Messtechnik soweit zu verfeinern, dass sie mit deutlich kleineren als in der Studie verwendeten Chips möglich werden soll. Sie sollen in ein handliches Gerät passen.
„Damit können Sportler und Abnehmwillige individuell überprüfen, wann ihr Körper beginnt, Fett zu verbrennen, um so ihr Training zu optimieren“, sagte Güntner.
Technik für den Alltagsgebrauch
Hochempfindliche Azeton-Messungen konnte man schon bisher mit anderen Messgeräten – sogenannten Massenspektrometern – machen. Dabei handelt es sich jedoch um große und sehr teure Laborgeräte.
Solche nutzen die Forschenden in der aktuellen Studie, um ihre Messungen zu überprüfen. Auch gibt es bereits tragbare Geräte für die Azeton-Messung im Atem. Diese kann man jedoch nur einmal verwenden, und sie zeigen das Resultat erst nach einigen Minuten an.
„Unsere Technik hingegen hat die grossen Vorteile, dass sie günstig, handlich und dennoch hochempfindlich ist sowie ausserdem Echtzeitmessungen ermöglicht“, so Güntner. „Sie eignet sich daher für den Alltagsgebrauch, fürs Training in einem Fitnesscenter oder während einer Diät.“
Die Wissenschaftler planen nun, ihre Messmethode zur Marktreife weiterzuentwickeln. Einen Messgerät-Prototypen gibt es bereits.
Zugleich sind die Wissenschaftler daran, Gassensoren für weitere medizinisch interessante Moleküle in der Atemluft zu entwickeln, darunter solche für Ammoniak, mit dem sich die Nierenfunktion überprüfen lässt, Isopren, um den Cholesterin-Stoffwechsel zu untersuchen, und verschiedene Aldehyde für die Früherkennung von Lungenkrebs. (ad)
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