Zusammenfassung
Hintergrund: Die Messung von Entzündungsmarkern, H2 O2 , und Stoffwechselmetaboliten, L-Laktat, im Atemkondensat hat den Vorteil einer nicht-invasiven
Methode. Dieses wurde durch die neuartige Entwicklung von Enzymsensoren für L-Laktat
und H2 O2 möglich. In einem ersten Schritt überprüften wir experimentell bei jungen gesunden
Versuchspersonen, ob ein Nachweis dieser Substanzen im Atemkondensat unter der Bedingung
der Ruhe und der submaximalen Belastung möglich ist.
Methoden: Bei Ruhebedingungen und bei körperlicher Belastung von 60 und 120 Watt auf dem Fahrradergometer
im steady state wurde bei 19 Probanden bei jeder Belastungsstufe Atemkondensat aus
100 l ausgeatmeter Luft hergestellt, in dem mithilfe der Enzymbiosensoren (Eco-Check,
Viasys Health Care) Wasserstoffperoxid, H2 O2 , amperometrisch nach Peroxidase vermittelter Reduktion zu Wasser, H+ -Ionen und L-Laktat durch Oxidation zu Pyruvat und H2 O2 , gemessen wurde. Die Ausscheidungsraten wurden aus den Konzentrationen im Atemkondensat
und der Sammelzeit berechnet und in den Einheiten nmol/min für L-Laktat und pmol/min
für H2 O2 angegeben.
Ergebnisse: In Ruhe wurden 100 l Ausatemluft in 10,6 ± 5,1 min gesammelt und im Mittel 0,99 ± 0,3 ml
EBC gewonnen, auf der 60-Watt-Stufe in 6,7 ± 1,8 min 1,23 ± 0,47 ml EBC und auf der
120-Watt-Stufe in 4,8 ± 0,8 min 1,09 ± 0,38 ml. In Ruhe fanden wir eine mittlere L-Laktat-Abgabe
von 3,3 ± 3,1 nmol/min, die auf der 60 Watt-Stufe auf 8,4 ± 5,1 nmol/min anstieg (p < 0,05)
und bei 120 Watt einen Wert von 15,0 ± 12,6 nmol/min (p < 0,02) erreichte. Die Laktat-Abgabe
war proportional zum Energieumsatz (r = 0,99). Die H2 O2 -Abgabe in Ruhe betrug 49,1 ± 37,9 pmol/min und stieg bei 60 Watt zunächst auf 159 ± 113 pmol/min
(p < 0,05) und fiel auf der 120 Watt-Stufe auf 96,5 ± 49,5 pmol/min (p < 0,05) ab.
Schlussfolgerungen: Bereits in Ruhe werden deutlich bestimmbare Ausscheidungsraten für L-Laktat und H2 O2 im Atemkondensat gefunden. Unter externer Belastung wird ein Anstieg der L-Laktat-Abgabe
gemessen, der mit dem biologischen Energieumsatz korreliert. Inwieweit dieser mit
der belastungsabhängigen Laktatkonzentration im arteriellen Blut korreliert, soll
in weiterführenden Untersuchungen ermittelt werden.
Abstract
Background: The recently developed microenzyme detectors make a non-invasive measurement of inflammatory
markers and L-lactate in exhaled breath condensate (EBC) possible. In a group of young
and healthy subjects, we examined whether L-lactate and H2 O2 can be detected in EBC.
Methods: During resting conditions as well as at 60 and 120 Watt external load on a cycle
ergospirometer 100 l exhaled air were collected under stationary load conditions from
19 healthy subjects. Exhaled breath condensate (EBC) was obtained by cooling the expired
air volume. The analysis was performed within 90 min using an ECo-Check amperometer
(Viasys Health Care). The H2 O2 measurement was performed amperometrically by means of a biosensor after chemical
reaction catalysed by peroxidase. Lactate measurements were performed using a bienzyme
sensor after lactate oxidase-induced oxidation of L-lactate to pyruvate and H2 O2 . The rates of release of L-lactate in nmol/min und H2 O2 in pmol/min were calculated from the concentrations of L-lactate and H2 O2 in the EBC and the time of collection.
Results: At rest 100 l exhaled air were collected in 10.6 ± 5.1 min, and 0.99 ± 0.3 ml EBC
were obtained, at the 60 Watt step 1.23 ± 0.47 ml EBC were collected in 6.7 ± 1.8 min,
and at 120 Watt 1.09 ± 0.38 ml EBC in 4.8 ± 0.8 min. At rest, there was a mean rate
of L-lactate release of 3.3 ± 3.1 nmol/min, which increased at the 60 Watt step to
8.4 ± 5.1 nmol/min (p < 0.05), and at 120 Watt to 5.0 ± 12.6 nmol/min (p < 0.02).
The rate of L-lactate was proportional to the metabolic rate (r = 0.99). The rate
of H2 O2 release at rest was 49.1 ± 37.9 pmol/min, it increased at 60 Watt to 159 ± 113 pmol/min
(p < 0.05) and decreased at 120 Watt to 96.5 ± 49.5 pmol/min (p < 0.05).
Conclusions: Significant measurable concentrations of L-lactate and H2 O2 in the exhaled breath condensate were found already under resting conditions. During
external load, an increase in the L-lactate concentration was found, correlating with
the metabolic rate. H2 O2 is an inflammatory marker, its concentration in the EBC was markedly increased during
the first step of applied external load, but less during the second. A probable correlation
between L-lactate concentration in EBC and arterialised blood will be studied in future
investigations.
