Biologische Einflussfaktoren auf die Analyse von volatilen organischen Substanzen im Atemgasgemisch bei Rindern

Einleitung:

Flüchtige organische Substanzen (VOC, volatile organic compound) im exhalierten Gasgemisch gelten als potentielle Biomarker für biologische Prozesse innerhalb eines Organismus oder auch als Indikatoren für Erkrankungen. Die Nichtinvasivität des Messprinzips, die Möglichkeit von kontinuierlichen Messungen und die direkte Verfügbarkeit der Messergebnisse vor Ort stellen die drei wichtigsten Vorteile von Atemgasanalysen in Echtzeit dar. Ziel der Studie war es, ein für Großtiere entwickeltes Mess-System zur VOC-Analyse im exhalierten Gasgemisch unter Praxisbedingungen auf Anwendbarkeit zu testen und zugleich die Einflussfaktoren Tageszeit, Futteraufnahme und Handling der Tiere bzw. Gewöhnungseffekte (Training) auf die Messergebnisse zu untersuchen.

Methoden:

Zwei Rinder im Alter von 5 bis 6 Monaten standen für wiederholte Verlaufsmessungen als Versuchstiere zur Verfügung. Bei jedem Tier wurden an zwei nicht aufeinander folgenden Tagen jeweils 6 Atemgasanalysen im Zwei-Stunden-Intervall realisiert. Dabei wurde (i) die CO₂-gesteuerte Probennahme und Aufkonzentrierung des Alveolargases für offline Analysen und (ii) die atemzugaufgelöste Echtzeitmessung mittels Proton Transfer Reaction – Time of Flight – Mass Spectrometry parallelgeschaltet. Die aufkonzentrierte alveoläre Gasprobe wurde anschließend mittels Gas Chromatografie-Massen Spektrometrie analysiert, um eine eindeutige Identifikation der Substanzen sicherzustellen.

Ergebnisse:

Die Ergebnisse zeigen, dass der gewählte technische Aufbau in zukünftigen Studien genutzt werden kann, um flüchtige organische Substanzen als potentielle Biomarker beim Rind (und anderen Großtierarten) zu detektieren. Erwartungsgemäß hat die Studie auch gezeigt, dass die Messergebnisse der VOC-Analytik im Atemgas durch verschiedene Faktoren signifikant beeinflusst werden, wie z. B. Einfluss des Tages, der Tageszeit und Gewöhnungseffekte seitens der Tiere. Aber auch Kontaminationen durch eruktiertes Gas aus dem Verdauungstrakt haben einen signifikanten Effekt auf die Ergebnisse.

Schlussfolgerungen:

Die Ergebnisse dieses Pilotprojektes unterstreichen die Notwendigkeit einer standardisierten Probengewinnung zur VOC-Analyse, wobei neben methodischen Einflussfaktoren insbesondere die biologischen Bedingungen während einer Probennahme bzw. Echtzeit-Messung genau zu definieren sind, um vergleichbare Ergebnisse erzielen zu können.

DFG: RE 1098/4 – 2, SCHU 1960/-2