生体ガス (呼気、皮膚) の測定、センシング技術と疾病診断への応用

第1部 生体ガスと各種疾患の関係と疾病診断への応用

(2017年9月12日 10:00〜11:30)

　生体ガスの意義、測定法、あるいは気体採取やそれに伴う問題点などについて述べる。現在測定されている呼気成分には、酸素、二酸化炭素の他、水素、メタン、一酸化炭素、一酸化窒素、硫化水素、アンモニア、シアン化水素等の他、揮発性有機化合物として、アセトン、イソプレン、等がある。我々は以前から呼気水素を測定してきた。腸内発酵の指標で、消化管機能や乳糖不耐症の診断に用いられている。最近、分子状水素が抗酸化作用を有し、水素水投与が酸化ストレスを原因とする疾患に有効なことが示されつつある。それまで相対値がわかればよかった呼気水素も、今後は絶対値が必要になってくるであろう。その際に必要な標準値や呼気採取の問題点について触れる。また、その他の生体ガスについては、疾病との関連、どの程度診断可能かなどについて解説する。 　呼気採取の課題として、肺胞から放出されるガス種については終末呼気が採取できるかどうか、気道からのものについては気道流速を一定にできるかどうか、等が問題である。また、大気中に含まれる物質による妨害や、バッグ内の汚れ、バッグからの漏れなども結果を誤らせる原因の一つとなる。以上、生体ガスと疾病診断についての現状を解説する。

1. 各種疾患と呼気・生体ガス
   1. 消化器病と呼気ガス
      1. 呼気水素
         • 消化吸収異常
         • 小腸通過時間の測定
      2. 呼気13CO2の測定
         • 消化性潰瘍・胃がん (13C尿素呼気試験)
      3. 呼気 (皮膚) アンモニア
         • 肝疾患
   2. 糖尿病と呼気ガス・生体ガス
      • 糖尿病と呼気アセトン・皮膚アセトン
      • 糖尿病とその他の呼気ガス
   3. 呼吸器疾患と呼気ガス
      • 気管支喘息
      • 肺がん
   4. 循環器疾患と呼気ガス
   5. 感染症と呼気ガス
   6. 酸化ストレス関連疾患と呼気ガス
   7. その他の呼気ガス測定
      • 喫煙とCO
      • 口臭と硫化水素など
2. 呼気測定のピットフォール
• 質疑応答

第2部 携帯型呼気センサの開発とアンモニア成分の測定技術

(2017年9月12日 12:10〜13:40)

1. 呼気分析に高まる期待
2. 新しいアンモニア検知材料CuBr
3. 高感度・高選択なセンサーデバイス
4. 手軽で迅速な呼気センサーシステム
5. 呼気中アンモニア濃度のサンプリング測定
6. ガス選択性と呼気分析の新たな応用
• 質疑応答

第3部 コレステリック液晶を用いたガスセンサの開発とその応用

(2017年9月12日 13:50〜15:20)

1. 液晶物性の変化を利用した各種センサ
2. コレステリック液晶によるガス検知の原理
   1. コレステリック液晶の選択反射特性
   2. ピッチ変化に及ぼす諸要因
   3. ガス検知のアルゴリズム
3. 試料 (センサ部) 調製とその評価
   1. 試料調製
   2. 選択反射波長スペクトルの測定
4. 色変化に及ぼす諸要因
   1. 液晶基本骨格
   2. 官能基の構造
   3. カイラル材料
   4. 液晶誘電率異方性の影響
5. ガス検知の高感度化、選択性の向上
6. 選択反射ピーク波長シフトのメカニズム
   1. 長波長シフト
   2. 短波長シフト
• 質疑応答

第4部 非侵襲、簡便な皮膚ガスの測定技術とヘルスケアへの応用

(2017年9月12日 15:30〜17:00)

　ヒト皮膚から放散する生体ガス (皮膚ガス) の存在が明らかになり、皮膚ガスを非侵襲・非観血的に測定することにより、ヒトの生理的・身体的状態を診断できる可能性が広がってきた。 　皮膚ガスは微量であるため採取・分析が困難であったが、講師らは、皮膚の表面に設置するだけで微量な皮膚ガスを簡便かつ定量的に捕集するパッシブ・フラックス・サンプラー (PFS) を開発した。さらに皮膚から放散されるアンモニアの臨床意義に着目し、色の変化でアンモニア放散量をモニターする腕時計型インジケータを開発した。 　本講演では、測定技術の紹介にとどまらず、皮膚ガスを測定する意義について研究例を通じて述べたい。

1. 皮膚ガスとは何か
   1. 放散経路
   2. 発生機構
   3. 皮膚ガスの種類
2. 皮膚ガスの測定法
   1. 従来の方法
   2. パッシブ・フラックス・サンプラー法
   3. アンモニア・インジケータ法
3. 皮膚ガスの測定例
   1. 飲酒に伴うアセトアルデヒドの放散
   2. 絶食に伴うアセトンの放散
   3. 加齢に伴う臭気物質の変化
   4. 人工化学物質の放散
   5. その他
4. 皮膚アンモニアを用いたヘルスケア
   1. ストレスチェック (アンモニア・インジケータ法)
   2. 肝障害患者の経過観察
   3. 熱傷患者の経過観察
• 質疑応答