Zürich/Wien – Das Blasen ins Röhrchen gilt künftig nicht nur für Alkoholkontrollen der Polizei, sondern auch zur Überprüfung des Trainingsstands von Sportlerinnen. Oder von Menschen, die abnehmen wollen. Mit einem von ETH-Forschern entwickelten Sensor können diese Personen ganz einfach per Atemanalyse messen, wann ihr Körper beginnt, Fett zu verbrennen.

Wer überzählige Kilos loswerden möchte, dem raten Experten, weniger zu essen und sich mehr zu bewegen. Ausdauertraining ist eine Möglichkeit. Der Körper verbrennt dabei nicht nur Kohlenhydrate wie Zucker, sondern auch Fette. Wann der Körper beginnt, Fett zu verbrennen, lässt sich heute zum Beispiel mit der Analyse von Biomarkern im Blut oder im Urin bestimmen.

Fettabbau in Echtzeit verfolgen

Wissenschafter der ETH Zürich und des Universitätsspitals Zürich entwickelten nun eine Methode, mit der sich der Fettabbau ganz einfach und in Echtzeit in der Atemluft von Sportlern nachweisen lässt. Das ist deshalb möglich, weil beim Fettabbau Nebenprodukte entstehen, die ins Blut gelangen, und in den Lungenbläschen können diese Moleküle in die Atemluft übertreten, besonders die leichtflüchtigen unter ihnen.

Das flüchtigste dieser Fettabbauprodukte ist Azeton. Andreas Güntner und seine Kollegen haben einen kleinen Gassensor entwickelt, der diesen Stoff misst. Ihr Sensor ist viel empfindlicher als bisherige Sensoren: Er kann einzelne Azeton-Moleküle in hundert Millionen anderer Moleküle nachweisen. Außerdem misst der Sensor nur Azeton und nichts anderes; die weiteren über 800 bekannten flüchtigen Komponenten in der Atemluft beeinflussen die Messung nicht.

Große individuelle Unterschiede

In Zusammenarbeit mit Lungenspezialisten am Universitätsspital Zürich unter der Leitung von Malcolm Kohler überprüften die Wissenschafter die Funktion des Sensors bei sporttreibenden Freiwilligen. Diese absolvierten eineinhalb Stunden Training auf einem Fahrradergometer mit zwei kurzen Pausen. In regelmäßigen Abständen ließen die Forscher die Probanden in ein Röhrchen blasen, das mit dem Azeton-Sensor verbunden war.

Dabei zeihte sich, dass sich der Azeton-Ausstoss in der Atemluft von Mensch zu Mensch stark unterscheidet. Die frühere und mittlerweile überholte Lehrmeinung besagte, dass Sportler erst nach einer bestimmten Trainingszeit und Herzfrequenz beginnen, Fett zu verbrennen. In den Messungen der Zürcher Wissenschafter setzte die Fettverbrennung bei einigen Probanden tatsächlich erst gegen Ende der eineinhalbstündigen Trainingseinheit ein. Bei anderen Freiwilligen zeigten die Messungen, dass ihr Körper schon viel früher Fett verbrennt.

Messmethode soll marktreif gemacht werden

Bei dem von den Wissenschaftern entwickelten Sensor handelt es sich um einen Chip in Cent-Größe, der mit einem porösen Film aus speziellen halbleitenden Nanopartikeln beschichtet ist. Die Partikel bestehen aus Wolframtrioxid, das mit einzelnen Silizium-Atomen versetzt wurde.

Die Forscher planen nun, ihre Messmethode zur Marktreife weiterzuentwickeln. Einen Messgerät-Prototypen gibt es bereits. Zugleich sind sie daran, Gassensoren für weitere medizinisch interessante Moleküle in der Atemluft zu entwickeln, darunter solche für Ammoniak, mit dem sich die Nierenfunktion überprüfen lässt, Isopren, um den Cholesterin-Stoffwechsel zu untersuchen, und verschiedene Aldehyde für die Früherkennung von Lungenkrebs. (red, 10.10.2017)