Un analizador de aliento portátil desarrollado en ETH Zurich puede determinar si su cuerpo está quemando grasa activamente, leyendo la señal de una sola exhalación. El dispositivo mide la acetona, un subproducto volátil de la descomposición de los ácidos grasos, y se acercó a la precisión de la espectrometría de masas de laboratorio en un pequeño ensayo, según un estudio publicado el 22 de julio en la revista Device.
El discurso es simple. Sople en un tubo pequeño, obtenga una lectura en tiempo real de si está en cetosis, omita el análisis de sangre con punción en el dedo y las semanas de espera a que la báscula del baño baje.
Si ese discurso sobrevive al contacto con una población de pacientes más grande es otra cuestión.
Lo que la acetona revela sobre el metabolismo
Cuando el cuerpo se queda sin glucosa (durante el ayuno, una alimentación baja en carbohidratos o un ejercicio sostenido), comienza a descomponer los ácidos grasos como combustible. Ese proceso genera cuerpos cetónicos, uno de los cuales es la acetona. Parte de esa acetona se difunde desde el torrente sanguíneo hacia los pulmones y sale del cuerpo respirando.
La concentración es pequeña, medida en partes por millón o menos, razón por la cual los laboratorios clínicos históricamente han dependido de extracciones de sangre o equipos especializados para rastrear la cetosis de manera confiable.
Los niveles de cetonas en sangre se pueden leer con una prueba de punción en el dedo, pero es invasiva y poco práctica para un control frecuente. Andreas Güntner, profesor de detección molecular en ETH Zurich y autor principal del estudio, ha pasado más de una década desarrollando sensores de gas lo suficientemente sensibles como para leer la acetona directamente del aliento como una alternativa menos dolorosa.
En otras palabras, la respiración es la ventana menos dolorosa a la misma bioquímica.
Cómo funciona el dispositivo
El sensor del equipo de Zurich se encuentra dentro de una unidad portátil emparejada con una aplicación de teléfono inteligente. La aplicación guía al usuario a través de una exhalación controlada: la velocidad del flujo y la duración son importantes, porque la composición de la respiración cambia dependiendo de qué tan profunda y lentamente respira una persona.
Dentro del dispositivo, un filtro catalítico y una etapa de separación aíslan la acetona del resto de la mezcla exhalada (vapor de agua, dióxido de carbono, etanol y cientos de otros trazas volátiles) antes de que llegue al sensor. La selectividad es la parte difícil en el análisis del aliento. Los dispositivos de consumo para el aliento con cetonas a menudo han sido criticados por tener reacciones cruzadas con compuestos no relacionados y descalibrarse.
El prototipo ha sido comercializado como Nutrion por Alivion AG, una empresa derivada de ETH Zurich en la que Güntner y el coautor Jan van den Broek tienen acciones. ETH Zurich posee la patente de la tecnología subyacente.
La validación y sus límites
El equipo probó el dispositivo en 12 adultos sanos, sometiéndolos a ejercicios y cambios en la dieta (ejercicio ligero e intenso, una comida cetogénica rica en grasas y ayuno) diseñados para impulsarlos a entrar y salir de estados de quema de grasa. A partir de 312 muestras de aliento que abarcaban concentraciones de acetona de 0,2 a 45 partes por millón, las lecturas portátiles se compararon con la espectrometría de masas de tiempo de vuelo de reacción de transferencia de protones, o PTR-MS, el estándar de referencia para el análisis de gases traza en el aliento exhalado.
Los dos métodos mostraron un fuerte acuerdo. Cuando ambos instrumentos midieron la misma respiración al mismo tiempo, la lectura del dispositivo portátil difirió de la del PTR-MS en aproximadamente un 7,5 por ciento a 2 ppm, lo suficientemente precisa como para detectar los cambios finos que marcan el cambio de la quema de carbohidratos a la quema de grasa.
El tamaño de la muestra es pequeño: el tipo de número que establece una prueba de concepto en un entorno académico controlado pero que aún no responde preguntas importantes para el uso en el mundo real: cómo funciona el dispositivo en todas las edades, composiciones corporales, estados patológicos, medicamentos y patrones dietéticos. Tampoco establece cómo se comporta en las condiciones húmedas y variables de un baño o un gimnasio. Los desarrolladores señalan que el dispositivo aún no ha sido validado ni aprobado como herramienta de diagnóstico para uso clínico.
La investigación de biomarcadores tiene una larga historia de resultados iniciales prometedores que se reducen una vez que los ensayos se amplían. Un análisis en Nature Reviews Drug Discovery ha argumentado que la validación en diversas poblaciones, no el acuerdo inicial con un método de laboratorio, es lo que en última instancia determina si un marcador se vuelve clínicamente útil.
Por qué los comentarios sobre la quema de grasa son un gran objetivo de los consumidores
El atractivo para las personas que hacen dieta es obvio. La retroalimentación tradicional sobre la pérdida de peso (la báscula, la cinta métrica, el espejo) retrasa el cambio metabólico real durante días o semanas y se confunde con la retención de agua, las oscilaciones de glucógeno y el aumento de masa muscular. Un dispositivo que indica en cuestión de minutos si un entrenamiento o una comida empujó al cuerpo hacia la oxidación de grasas ofrece algo más parecido a una retroalimentación instantánea.
La comunidad de la dieta cetogénica ha impulsado la demanda de control de cetonas en el hogar durante años. Existen medidores de cetonas en sangre, pero requieren lancetas y tiras. Las tiras de orina son baratas pero toscas y pierden precisión a medida que el cuerpo se adapta a la cetosis sostenida.
La respiración se encuentra entre esos enfoques. No es invasivo como el análisis de orina, pero potencialmente tan preciso como el de sangre, si la química del sensor se mantiene.
El ángulo clínico más allá de la pérdida de peso
La cetosis es importante tanto desde el punto de vista médico como estético. Las personas con diabetes tipo 1 pueden caer en cetoacidosis diabética, una afección potencialmente mortal, cuando la insulina disminuye y las cetonas inundan el torrente sanguíneo. La monitorización rápida e indolora de la respiración podría, en principio, ayudar a los pacientes a detectar aumentos peligrosos de cetonas antes de lo que suelen permitir los análisis de sangre.
Las dietas cetogénicas también se prescriben clínicamente para la epilepsia resistente a los medicamentos, particularmente en niños, donde actualmente es difícil controlar el cumplimiento de la dieta. El equipo de ETH está trabajando con el Hospital Infantil Universitario de Zurich para probar si el dispositivo portátil puede ayudar a los niños en terapia cetogénica a controlar su estado metabólico más fácilmente. Los investigadores metabólicos que estudian la obesidad, el ayuno y la fisiología del ejercicio también se beneficiarían de una forma de tomar muestras de la cinética de las cetonas con mayor frecuencia de lo que permiten las extracciones de sangre discretas.
Nada de eso viene sin obstáculos regulatorios. Un dispositivo que se vende únicamente como rastreador de bienestar se enfrenta a un conjunto de reglas; un dispositivo comercializado para el control de la diabetes o la monitorización de la epilepsia enfrenta un camino de aprobación mucho más complicado. En Estados Unidos, la FDA está buscando opiniones del público sobre cómo debería tratar el software que no es un dispositivo y otras tecnologías sanitarias adyacentes, como parte de una reevaluación más amplia de dónde se ubican las herramientas de salud del consumidor en el mapa regulatorio.
Qué ver a continuación
El equipo detrás de Nutrion ha señalado que el siguiente paso es realizar estudios de validación más amplios. Las preguntas clave incluyen si la precisión del dispositivo se mantiene en personas con diabetes, si puede distinguir la cetosis inducida por el ejercicio de la cetosis dietética y si el protocolo de respiración guiada por teléfono inteligente funciona de manera confiable fuera de entornos de investigación supervisados.
La distancia entre un pequeño ensayo académico y el estante de una farmacia es más larga de lo que parece. Las pruebas de alcohol en el aliento de los consumidores tardaron décadas en volverse lo suficientemente confiables para su uso legal, y el análisis de cetonas en el aliento es posiblemente un problema analítico más difícil porque las concentraciones objetivo son más bajas y los compuestos que interfieren son más numerosos.
Por ahora, el trabajo de ETH Zurich establece algo más limitado pero aún significativo: un sensor portátil puede, bajo condiciones controladas, rastrear el metabolismo de las grasas en tiempo real con una precisión cercana a la de un instrumento de laboratorio. El resto es ingeniería, epidemiología y trámites.