Piepen bij de ademhaling, in het Engels ‘wheezing’ genaamd, is een ernstige aandoening waar naar schatting een op de drie jonge kinderen in de eerste vijf jaar van hun leven terugkerend last van heeft. Het is een symptoom dat, wanneer het niet goed en vroegtijdig gediagnosticeerd en behandeld wordt, kan leiden tot onherstelbare schade aan de longen op volwassen leeftijd. Wetenschappers hebben nu een draagbare biosensor ontwikkeld om de ademhaling van jonge kinderen continu en stabiel kan monitoren.
Op dit moment zijn de mogelijkheden voor het continu monitoren van de ademhaling van kinderen tijdens de voorschoolse periode (van 2 tot 5 jaar) nog beperkt. De door Chinese wetenschappers ontwikkelde draagbare biosensor kan daar mogelijk verandering in brengen. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Wearable Electronics.
Biosensor
Een van de uitdagingen bij het monitoren van ademhaling is de invloed van vocht en temperatuur. “Temperatuur en vochtigheid van de ademhaling bestaan naast elkaar en interfereren met elkaar, dus het detecteren van de temperatuur of vochtigheid van de ademhaling om de ademhaling te karakteriseren vermindert onvermijdelijk de nauwkeurigheid en stabiliteit van monitoring”, aldus Yuanjie Su, snior auteur van het onderzoek en professor aan de Universiteit voor Elektronische Wetenschap en Technologie van China.
De nieuwe biosensor is zo ontwikkeld dat hij geen last heeft van de effecten van temperatuur en vochtigheid van de lucht die wordt in- en uitgeademd. Daardoor is de sensor in staat om nauwkeurig onderscheid te maken tussen piepende ademhaling en normale ademhaling.
Stabiele monitoring
In een studie gepubliceerd in het tijdschrift Wearable Electronics schetste een groep onderzoekers uit China hun ontwikkeling van een sensor voor continue en stabiele bewaking van de ademhaling. De sensor is met name geïsoleerd van de effecten van temperatuur en vochtigheid van de ademhalingsluchtstroom en is in staat om nauwkeurig onderscheid te maken tussen piepende ademhaling en normale ademhaling.
“Temperatuur en vochtigheid van de ademhaling bestaan naast elkaar en interfereren met elkaar, dus het detecteren van de temperatuur of vochtigheid van de ademhaling om de ademhaling te karakteriseren vermindert onvermijdelijk de nauwkeurigheid en stabiliteit. De huidige ademhalingssensoren beoordelen het uitzetten en samentrekken van de buik en borstkas tijdens het ademen. Die zijn ook ongevoelig voor vocht en temperatuur. Echter, bewegingen van het lichaam, zoals ledematen of hoesten kunnen signalen creëren die de nauwkeurigheid van de metingen kunnen beïnvloeden”,
legt de senior en co-corresponderende auteur van het onderzoek, Yuanjie Su, een professor aan de Universiteit voor Elektronische Wetenschap en Technologie van China, uit.
Koolstof nanobuizen
Het team ontdekte dat de integratie van supergeleidende koolstof nanobuizen met een lage dichtheid in elektrogesponnen polyacrylonitril steigers de detectie van uitgeademde lucht vergemakkelijkte. Bovendien voorkomt de hydrofobe en flexibele latexfilm inkapseling effectief vocht- en temperatuurschommelingen veroorzaakt door uitgeademde gassen, terwijl de invloed op de mechanische vervorming van uitgeademde gassen minimaal is.
“Bovendien kunnen door het verzamelen en analyseren van meerdere ademmonsters nauwkeurig potentiële ziekten worden geïdentificeerd, gezien de inherente variabiliteit en onzekerheid van elke individuele ademhaling, wat het uiteindelijke doel is van het monitoringproces,” aldus Su.
Het team hoopt dat hun bevindingen anderen op dit gebied gaan aansporen om verder onderzoek en ontwikkeling te doen om de gevoeligheid van dit soort ademhalingssensoren te verbeteren en zo de praktische toepassingen ervan te verbeteren.
Astma monitoring
Het op afstand, continu of op regelmatige basis, monitoren van astma zonder dat patiënten telkens naar een huisarts of ziekenhuis moeten gaan, heeft zijn meerwaarde ook al vaker bewezen. Een bekend en goed initiatief in Nederland is Luchtbrug. Door het regelmatig online invullen van vragenlijsten, gecombineerd met een online blaastest, kan dan bepaald worden of een bezoek aan de arts noodzakelijk is of dat het aanpassen van medicatie al voldoende is.
Luchtbrug wordt al in tientallen Nederlandse ziekenhuizen ingezet, maar er zijn ook andere initiatieven, zoals het thuismonitoringprogramma voor astmapatiënten bij de Santeon Ziekenhuizen, Catharina in Eindhoven, CWZ in Nijmegen en Maasstad Ziekenhuis in Rotterdam.
