Souffler au lieu d'analyser le sang
Souffler une fois, s'il vous pla?t. A l'avenir, cela ne vaudra pas seulement pour les contr?les d'alcoolémie de la police, mais aussi pour vérifier le niveau d'entra?nement des sportives et des personnes qui ont déclaré la guerre aux petits bourrelets. Gr?ce à un capteur mis au point par des chercheurs de l'ETH, ces personnes pourront mesurer très simplement par analyse de la respiration quand leur corps commence à br?ler des graisses.
Les experts conseillent à ceux qui souhaitent se débarrasser de leurs kilos en trop de manger moins et de faire plus d'exercice. L'entra?nement d'endurance est une possibilité. Le corps ne br?le pas seulement les glucides comme le sucre, mais aussi les graisses. Il est aujourd'hui possible de déterminer quand le corps commence à br?ler des graisses, par exemple en analysant des biomarqueurs dans le sang ou dans l'urine. Des scientifiques de l'ETH Zurich et de l'H?pital universitaire de Zurich ont désormais mis au point une méthode permettant de détecter très facilement et en temps réel l'élimination des graisses dans l'air respiré par les sportifs.
"La dégradation des graisses dans le corps génère des sous-produits qui passent dans le sang", explique Andreas Güntner, postdoctorant dans le groupe du professeur de l'ETH Sotiris Pratsinis. Dans les alvéoles pulmonaires, ces molécules peuvent passer dans l'air respiré, surtout les plus volatiles d'entre elles. La plus volatile de ces produits de dégradation des graisses est l'acétone. Güntner et ses collègues ont développé un petit capteur de gaz qui mesure cette substance. Leur capteur est beaucoup plus sensible que les capteurs existants : il peut détecter des molécules d'acétone isolées parmi des centaines de millions d'autres molécules. En outre, le capteur ne mesure que l'acétone et rien d'autre ; les plus de 800 autres composants volatils connus dans l'air respiré n'influencent pas la mesure.
De grandes différences individuelles
En collaboration avec des spécialistes des poumons de l'H?pital universitaire de Zurich, sous la direction de Malcolm Kohler, professeur et directeur de la clinique de pneumologie, les scientifiques ont vérifié le fonctionnement du capteur chez des volontaires pratiquant un sport. Ceux-ci ont effectué une heure et demie d'entra?nement sur un vélo ergométrique avec deux courtes pauses. A intervalles réguliers, les chercheurs ont fait souffler les volontaires dans un tube relié au capteur d'acétone.
"Nous avons ainsi pu montrer que l'émission d'acétone dans l'air respiré varie fortement d'une personne à l'autre", explique Güntner. L'ancienne doctrine, aujourd'hui dépassée, affirmait que les sportifs ne commen?aient à br?ler des graisses qu'après une certaine durée d'entra?nement et une certaine fréquence cardiaque. Dans les mesures effectuées par les scientifiques zurichois, la combustion des graisses n'a effectivement commencé que vers la fin de la séance d'entra?nement d'une heure et demie chez certains volontaires. Chez d'autres volontaires, les mesures ont montré que leur corps br?lait les graisses bien plus t?t.
Des mesures de contr?le ont montré que la nouvelle méthode de mesure correspondait bien à la concentration du biomarqueur bêta-hydroxybutyrate dans le sang des volontaires. Cette analyse sanguine est l'une des méthodes standard actuelles pour suivre la dégradation des graisses.
Interaction avec les nanoparticules
Le capteur mis au point par les scientifiques est une puce recouverte d'un film poreux de nanoparticules semi-conductrices spéciales. Les particules sont composées de trioxyde de tungstène auquel les chercheurs ont ajouté des atomes de silicium individuels.
Le développement de cette puce a débuté il y a sept ans. ? l'époque, le professeur Pratsinis de l'ETH et ses collaborateurs ont découvert que les nanoparticules de trioxyde de tungstène interagissent avec l'acétone, à condition que les atomes des nanoparticules soient disposés selon une structure cristalline spécifique. Cette interaction diminue la résistance électrique de la puce recouverte des nanoparticules, ce qui est mesurable.
A l'origine, l'idée était d'utiliser la puce pour diagnostiquer le diabète. En effet, une forte concentration d'acétone peut être détectée dans l'air expiré par les patients souffrant de diabète de type 1 non traité. Entre-temps, les scientifiques ont toutefois pu montrer que le capteur était suffisamment sensible pour détecter les très faibles concentrations d'acétone dans l'haleine des sportifs.
La puce utilisée dans cette étude a la taille d'une pièce de cinq centimes. Les scientifiques sont toutefois en train d'affiner la technique de mesure de manière à ce qu'elle soit également possible avec des puces nettement plus petites. L'objectif est de transformer la puce en un appareil maniable. "Les sportifs et les personnes souhaitant perdre du poids pourront ainsi vérifier individuellement quand leur corps commence à br?ler des graisses, afin d'optimiser leur entra?nement", explique Güntner.
Peu co?teux, petit et pourtant très sensible
Jusqu'à présent, il était déjà possible d'effectuer des mesures très sensibles de l'acétone avec d'autres appareils de mesure, appelés spectromètres de masse. Il s'agit toutefois de gros appareils de laboratoire qui co?tent plusieurs centaines de milliers de francs. Dans l'étude actuelle, les chercheurs utilisent de tels appareils pour vérifier leurs mesures. Il existe également déjà des appareils portables pour mesurer l'acétone dans l'haleine. Mais ceux-ci ne peuvent être utilisés qu'une seule fois et n'indiquent le résultat qu'après quelques minutes. "Notre technique, en revanche, présente les grands avantages d'être bon marché, maniable et pourtant très sensible, et de permettre des mesures en temps réel", explique Güntner. "Elle est donc adaptée à une utilisation quotidienne, à l'entra?nement dans un centre de fitness ou pendant un régime".
Les scientifiques prévoient maintenant de développer leur méthode de mesure jusqu'à sa commercialisation. Un prototype d'appareil de mesure existe déjà. Parallèlement, les scientifiques sont en train de développer des capteurs de gaz pour d'autres molécules médicalement intéressantes présentes dans l'air respiré, notamment pour l'ammoniac, qui permet de contr?ler la fonction rénale, l'isoprène, qui permet d'étudier le métabolisme du cholestérol, et différents aldéhydes pour la détection précoce du cancer du poumon.
Référence bibliographique
Güntner AT, Sievi NA, Theodore SJ, Gulich T, Kohler M, Pratsinis SE : Noninvasive body fat burning monitoring from exhaled acetone with Si-doped WO3 sensing nanoparticles. Analytical Chemistry, 11 septembre 2017, doi : page externe10.1021/acs.analchem.7b02843