Soffia nel tubo, per favore. Nel futuro, la procedura non sarà utilizzata solo dalla polizia che controlla l'intossicazione da alcol, ma anche per testare la condizione degli atleti e per le persone che vogliono perdere quel peso in più. Un sensore sviluppato dai ricercatori dell'ETH consente di misurare quando il corpo inizia a bruciare i grassi con un comodo etilometro.

Gli esperti consigliano a chiunque cerchi di perdere chili in più di mangiare di meno e di fare più esercizio. Un modo è con l'allenamento di resistenza, durante il quale il corpo brucia non solo carboidrati come lo zucchero, ma anche grasso. Quando esattamente il corpo inizia a bruciare i grassi può ora essere determinato analizzando, Per esempio, biomarcatori nel sangue o nelle urine. Gli scienziati dell'ETH di Zurigo e dell'Ospedale universitario di Zurigo hanno ora sviluppato un metodo per il altamente conveniente, monitoraggio in tempo reale della lipolisi testando le espirazioni di una persona durante l'esercizio.

"Quando si bruciano i grassi, il corpo produce sottoprodotti che trovano la loro strada nel sangue, " spiega Andreas Güntner, un postdoc nel gruppo del professor Sotiris Pratsinis dell'ETH. Negli alveoli polmonari, queste molecole - soprattutto quelle volatili - entrano nell'aria espirata dalla persona. Il più volatile di questi metaboliti lipidici è l'acetone. Güntner ei suoi colleghi hanno sviluppato un piccolo sensore di gas che misura la presenza di questa sostanza. Il sensore è molto più sensibile dei sensori precedenti:può rilevare una singola molecola di acetone in cento milioni di molecole. Misura inoltre esclusivamente l'acetone, quindi gli oltre 800 altri componenti volatili noti nelle esalazioni non influenzano la misurazione.

Principali differenze individuali

In collaborazione con specialisti polmonari presso l'Ospedale universitario di Zurigo guidato da Malcolm Kohler, Professore e Direttore del Dipartimento di Pneumologia, i ricercatori hanno testato il funzionamento del sensore in volontari mentre si esercitavano. I soggetti del test hanno completato una sessione di un'ora e mezza su un cicloergometro con due brevi pause. I ricercatori hanno chiesto ai soggetti del test di soffiare in un tubo collegato al sensore di acetone a intervalli regolari.

"Siamo stati in grado di mostrare come la concentrazione di acetone nelle esalazioni varia notevolmente da persona a persona, " dice Güntner. L'opinione scientifica era solita ritenere che gli atleti iniziano a bruciare i grassi solo dopo un certo periodo di sforzo fisico e al raggiungimento di una certa frequenza cardiaca, ma questa visione è ormai superata. Le misurazioni effettuate dai ricercatori di Zurigo hanno mostrato che la lipolisi in alcuni soggetti del test ha fatto, infatti, iniziare solo verso la fine della sessione di allenamento di un'ora e mezza. Negli altri volontari, le misurazioni hanno mostrato che i loro corpi hanno iniziato a bruciare i grassi molto prima.

Le misurazioni di controllo hanno mostrato che il nuovo metodo di misurazione era ben correlato con la concentrazione del biomarcatore beta-idrossibutirrato nel sangue dei soggetti del test. Questa analisi del sangue è uno dei metodi standard odierni per monitorare la lipolisi.

Interazione con le nanoparticelle

Il sensore sviluppato dagli scienziati utilizza un chip rivestito con una pellicola porosa di speciali nanoparticelle semiconduttrici. Le particelle sono triossido di tungsteno che i ricercatori hanno impiantato con singoli atomi di silicio.

Lo sviluppo del chip è iniziato sette anni fa, quando il professor Pratsinis e i suoi colleghi dell'ETH hanno scoperto che le nanoparticelle di triossido di tungsteno interagiscono con l'acetone se gli atomi delle nanoparticelle sono disposti in una certa struttura cristallina. L'interazione riduce la resistenza elettrica del chip rivestito con le nanoparticelle, e questo fenomeno può quindi essere misurato.

Originariamente, l'idea era di usare il chip per diagnosticare il diabete, perché il respiro espirato dei pazienti con diabete di tipo 1 non trattato contiene elevate concentrazioni di acetone. Da allora, però, gli scienziati hanno dimostrato che il sensore è in effetti abbastanza sensibile da rilevare le bassissime concentrazioni di acetone nelle esalazioni di una persona durante l'esercizio.

Il chip utilizzato in questo studio ha le dimensioni di una moneta da 1 centesimo di euro, ma i ricercatori stanno lavorando per perfezionare la tecnologia di misurazione in modo che sia possibile con chip molto più piccoli. L'obiettivo è offrire il chip in un dispositivo di dimensioni gestibili. "Ciò consentirebbe agli atleti e alle persone che vogliono perdere peso di controllare da soli quando i loro corpi iniziano a bruciare grassi in modo da poter ottimizzare il loro regime di allenamento, "dice Guntner.

A buon mercato, piccolo ma molto sensibile

Misurazioni di acetone altamente sensibili erano già possibili con altri strumenti, ad esempio spettrometri di massa, che sono grandi dispositivi di laboratorio che costano diverse centinaia di migliaia di franchi svizzeri. I ricercatori stanno utilizzando questi strumenti nell'attuale studio per verificare le loro misurazioni. Esistono già anche test del respiro con acetone portatili, ma possono essere utilizzati solo una volta e impiegano diversi minuti prima che mostrino i risultati. "La nostra tecnologia ha il vantaggio principale di essere poco costosa, maneggevole e tuttavia altamente sensibile, inoltre può effettuare misurazioni in tempo reale, " dice Güntner. "Questo lo rende adatto all'uso quotidiano, mentre ti alleni in un centro fitness o per le persone a dieta."

Gli scienziati stanno ora pianificando di continuare a sviluppare il loro metodo di misurazione in modo da poterlo eventualmente commercializzare. Hanno già un prototipo dello strumento. Gli scienziati stanno anche lavorando allo sviluppo di sensori di gas per altre molecole rilevanti dal punto di vista medico nelle esalazioni, compresa l'ammoniaca per testare la funzionalità renale, isoprene per testare il metabolismo del colesterolo e varie aldeidi per la diagnosi precoce del cancro del polmone.