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.

Erfindung der Atemgasanalyse

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 vielversprechend.

Prof. Michael Phillips vom New York Medical College und Gründer von Menssana Research befasst sich seit vielen Jahren mit der Atemgasanalyse und führte derweil erfolgreiche Studien zur Identifikation von Markern für Lungenkrebs und Brustkrebs 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, sogenannte 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 Brustkrebs 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. Diese Methode könnte langfristig also die Zahl der Mammographien deutlich reduzieren. Darüber hinaus ist der Patient keiner Strahlenbelastung ausgesetzt.

Auch Abstoßungsreaktionen nach Herztransplantationen oder Fettstoffwechselstörungen können 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.

Lungenkrebs per Atemgasanalyse diagnostizieren?

Auch bei Lungenkrebspatienten zeigte sich die Atemanalyse als sehr vielversprechend. Inzwischen wurden diverse Elektrogeräte, beispielsweise die Cyranose® Electronic Nose, entwickelt. Weiterhin wird an den genauen Markern geforscht, mit denen sich beispielsweise ein Lungentumor von Asthma oder COPD abgrenzen lässt.

Damit sollen Lungenkrebs schon bald anhand von ausgeatmeter Luft diagnostiziert werden können und Atemtests 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.

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 einer "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. 

Auch in Europa sind solche Geräte bereits im Einsatz, zum Beispiel für den Nachweis von 13C-markiertem Kohlendioxid in der Ausatemluft. So lässt sich zum Beispiel das Bakterium Helicobacter pylori im Magen nachweisen, das für Magenerkrankungen und Magengeschwüre verantwortlich ist.