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通过呼出酒精检测口中含有的酒精浓度
摘要
通过呼气酒精浓度测量口含酒精（MA）时容易发生错误，且常常高于呼气酒精浓度（BrAC）。 在公路上进行快速和可靠的检测将有助于警方妥善采取措施。本文验证了使用经口呼出的气体作为定位酒精来源的参考气体的技术。同时测量BrAC和呼出气体浓度（WVC），在没有MA的情况下，水总是在体积测定图中的酒精前面；在MA存在的情况下，这种关系颠倒了。体积测定图中的WVC与BrAC的散点图说明了它们的相对位置如何由MA改变。 将散点图曲线和计算值曲线的偏差面积（DA）定义为MA的测量值。通过被测试者的工作特征（ROC）曲线分析确定DA的变化检测MA的准确性和切割水平。ROC曲线下面积（AUC）为0.95（95％，CI 0.90-1.0），表现出出色的识别能力。DA区分MA : 0.010mg / L（1mu;g/ 100ml，0.002g / 210L）；当缺少MA时，最佳截止值为-0.35，灵敏度为0.91，特异性为0.95。与WVC相关的BrAC分析是能够可靠地检测和确认MA的实用方法。
关键词：呼吸、酒精、口腔酒精、分析、气体、乙醇1.介绍
测定呼气酒精浓度（BrAC）是一种广泛使用的定量方法，用于测试受试者是否低于或高于法定酒精浓度限定值。肺毛细血管血液中的酒精与肺泡中的空气在局部压力梯度和溶解度适当的条件下达到瞬间平衡。 随着空气呼出，酒精蒸气在通过深呼吸道时通过扩散重吸收到气道粘膜上，然后呼出到空气中。 呼气酒精能够测量计算出肺泡中的酒精浓度从而再测量出计算出肺泡血管中的酒精浓度，并且与测定动脉血酒精浓度（ABAC）相同。 ABAC或BrAC在吸收后是不断变化的但是其比例不断变化。 肺泡中的血液被输送到动脉血液并被排到身体的各个部位，并由此导致醉酒。但是，准确的BrAC始终假定测量的酒精来自于肺泡。口腔粘膜中的残留酒精（口腔酒精（MA））有可能通会混入肺泡中的酒精被呼出，当它到达口腔时，有可能让测量的呼气酒精浓度偏高。
近期摄入酒精后出现口腔酒精，含酒精的胃内容物返流或使用其他含酒精的产品，如漱口水，药物和某些食物。 这一事实在法庭上被用作防御手段，是辩解违反法定BrAC限定值的主要手段。 这导致在进行证据式呼气酒精测试之前需要引入15-20分钟的等待时间。这个例行程序推迟了分析，在此期间酒精被代谢，特别是在法定限制以下的情况下可以消除。然而，更重要的是，每个被测者都要占据警察15到20分钟的时间，因为等待期要求对受试者进行严格监视，以防止晚饮，并保证胃内容物的返流未发生。
毫无疑问，如何保证MA的测量值是准确的已经成为了一个司法问题。因此，已经开发了不同的策略来检测MA，并且一些呼气醛醇分析仪已经引入了MA检测算法来证实由MA的存在引起的酒精呼气谱中的初始峰浓度的有效性。然而，存在血液酒精 尽管气味样本含有大量的MA，但该曲线的独特峰值特征在摄入酒精后几分钟消失，使得该技术不可靠。当口含酒精浓度降低至一定浓度时，酒精曲线中的峰值浓度实际上等同于来自深部肺部的情况。
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材料和方法
- 测试群体
八名健康志愿者，六名男性和两名女性，年龄在35至71岁之间，体重在60至89千克之间。 所有人都会引用对人体不会造成伤害的酒精饮料，并且都表示他们是自愿参与的。该研究经瑞典隆德大学伦理委员会批准（DNR558）。
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- 协议
所有实验在轻度餐后至少禁食2小时后进行。 先通过酒精呼气测试以确保受试者没有酒精后，每个受试者都摄入每公斤体重0.4克酒精。 该酒精由杜松子酒（40％）制备，用相同体积的自来水稀释至20％。 然后受试者定期单次呼气进入呼气分析仪（Servotek AB，瑞典），直到每个受试者的酒精浓度都确定减少，表明已达到消除阶段。 为了在预先存在的血液酒精成分上添加MA成分，受试者用30ml未稀释的杜松子酒冲洗口腔30秒，而不吞咽任何东西。 酒精摄入开始后90分钟时间排出杜松子酒。 然后受试者在排出酒精后长达40分钟时将单次呼气提供给分析仪。
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- 检测口腔酒精
在饮用酒精饮料后阶段消除不含MA的BrAC被描述为线性零级消除功能。
线性函数的参数通过线性回归测定，其中用酒精冲洗口腔之前的4次测量中的BrAC，并且在每个对象中添加MA成分之后gt; 4分钟测量4次BrAC。这产生在任何特异性下估计不含MA的BrAC 时间（t）在吸收后阶段，每个受试者被用作其自己的对照.MA向来自深肺的酒添加酒精。在受试者进行了包含来自MA和深肺的醇合成物起源的测量之后， 通过外推线性曲线来估计来自深肺的醇组分，特别是受测量时间（t）的影响。MA运算方程如下所示：
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- 测量
使用吸收红外光的呼吸分析仪（Servotek AB，瑞典）测定气体浓度。 三个过滤器允许分别通过3.32,3.40和3.49mu;m的波长，以允许通过的红外光来鉴别和计算酒精浓度。光盘上还安装了三个附加滤光片，一个参考滤光片（3.70mu;m），一个用于测定水蒸气（2.58mu;m），另一个用于测定CO2（4.40mu;m）。 碟片以33Hz的速度旋转。 因此，酒精和水蒸气的浓度几乎同时以每秒33次的方式测定。 测量室壁被电加热并进行恒温控制，并与流入空气接触将其调节至55°C，与比色皿分离的流出空气温度为45°C，以避免分析仪内部凝结。
图1
受试者在尽最大努力吸气之后通过没有流量限制的吸嘴将气体吹入测量仪器，在那里进行测量。 在温度为60°C的保温箱中进行测量之前，将吸嘴预热，以防止冷凝。 分析仪在实验前用汽化的酒精和水蒸气溶液进行校准。 没有检测到红外传感器漂移。 用呼吸速度描记器（Fleisch No.2，Gould Inc.，Cleveland，OH，USA）测量呼气流速，并用差压传感器（Validyne型号OP103-12，Northridge，CA，USA）分析仪的测量杯的出口。电压输出满量程plusmn;6 V，呼吸速度记录器的线性在使用前进行校准和控制。 由于测量是主流进行的，呼出浓度和呼出容量之间没有滞后时间。分析仪将所有记录存储在硬盘上，然后在另一台计算机上传输和分析。
图1，如何确定口腔酒精浓度（MA）。来自深部肺部的BrAC来源由在用酒精冲洗口腔之前从4次BrAC测量确定的线性零级函数估计，并且在每一个对象中添加MA成分2分钟后测量4次BrAC。 将含有来自肺深部的酒精和降低的MA的BrAC测量为单次呼出。 MA浓度计算为测量的BrAC cmea，ure at，）和来自深肺的估计的BrAC（MA rree at，）之间的差值。
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- 数据分析
2.5.1 体积测定图
建立了呼气的体积测量图（VE），即显示同时呼出的气体中BrAC和WVC以及呼出体积的关系。将酒精和水蒸气的最大浓度归一化为1.0（100％），以便于在y轴上合并成相同的比例。通过以不同的时间增量整合呼气流量来获得呼出体积，然后在x轴上的整个单呼气中随后添加以产生呼出体积。
VE通常允许识别三个连续的呼出隔室。首先，设备检测被呼出并包含房间或周围空气（阶段I）。 这个数量非常小，在剧情中被排除在外。 随着呼吸气体浓度的增加，由近端至下呼吸道逐步排空（第二阶段）。 通过阶段II的中间点被认为是过渡区域，并且代表了近端气道中尚未参与气体交换的新鲜环境空气与大约50％与呼吸气体混合的过渡点，发生了气道交换。 最后，呼出下呼吸道和肺泡的气体（第三阶段）。
少量的MA仍然来自口腔。 定义了偏差面积（DA），其包括由BrAC相对于WVC的散点图形成的面积和由周围气体浓度到44mg / L的肺泡水蒸汽浓度构建的虚拟直线关系。 DA通过数据的分析和计算来确定。 当面积高于这种虚构的线性关系时，DA是正值，散点图偏离线性关系之上的y轴并指示MA存在。 当散点图遵循线性关系时，DA为零，但仍指示存在MA（BrAC和WVC在相同的呼出近端空气体积中呼出）。 随着DA变为负值（该区域位于线性关系之下），当该区域为负值且指示MA不存在。
2.5.2.呼出WVC对BrAC和偏差区域的散点图
为了说明如何分离酒精和水蒸气的呼气，将酒精的绝对浓度与散点图中同时测量的水蒸汽绝对浓度作图。 BrAC与WVC散点图在呼气期间将两种气体的浓度表示为曲线。 由于水蒸气通常开始从口腔呼出并且呼吸酒来自深肺，因此散点图将首先显示WVC（x值）的增加，然后是BrAC（y值）的增加。在MA浓度高的受试者中，BrAC已经在第一部分呼出容量（口腔）中呼出并迅速增加。 散点图曲线向上偏离与y轴几乎平行（BrAC），随后水蒸气浓度增加。 在呼气期间BrAC和WVC以类似方式增加的完美直线性散点图意味着在呼出体积的所有部分中平行呼气，并且指示气体仍然来自气道中的相似位置。 随着来自口腔的BrAC逐渐消散，散点图将逐渐返回并沿着x轴（WVC）并且再次恢复低于直线线性关系的位置。 然而，可以看出，在低MA水平下，在第一分数呼出体积中，第一浓度的水蒸汽和醇在短时间内仍然遵循线性关系，直到它从线性关系向下偏离。
- 结论
B o.3o
A
100
--a-水蒸气
- ＆ - 酒精
0,25
0,20
:;-
C)
E. 0 ,1 5
(,)
#39;;5
ID 0 ,10
0 ,05
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
0,00
5 10 15 20 25 30 35 40 45
呼出量（L）
图2 水蒸气浓度（mg / L）
图2左图是一次呼吸中同时测量的酒精和水蒸气的体积测量图，其中一名受试者不含口腔酒精（MA），对呼出气体的体积进行绘图。水蒸气浓度比酒精浓度增加更快。 酒精和水蒸汽的最大浓度归一化为1.0（100％）。右图将酒精（BrAC）的绝对浓度与同时测得的绝对水蒸气浓度作图。在与（A）相同的主题中，没有口含酒精（MA）。 在环境和呼气BrAC和水蒸气浓度之间画出了一条直线曲线。该线所包围的区域以及呼气期间的BrAC对水蒸汽浓度散点图曲线称为偏差区域（DA）。请注意，在没有MA的情况下，第一次测量时立即发现水蒸气位于直线关系下方，这产生了一个负的DA。
直接在酒精漱口后，在高浓度MA的存在下，呼出的酒精来自口腔并且在VE中的水蒸汽呼出之前。VE中BrAC的分布是双峰型的，具有早期和晚期的浓度峰。BrAC对WVC散点图的曲线现在显示BrAC快速增加并且产生正DA值。在血液酒精存在下，VE中的双峰BrAC曲线在5和8分钟之间逐渐消失。随着MA分量和DA值降低，BrAC对WVC散点图的曲线向上偏离较小。 即使在非常低的MA水平下，BrAC对WVC散点图曲线的第一部分也遵循直线关系。这表明低水平的MA仍然来自口腔。随着MA消失，BrAC对WVC散点图逐渐回到曲线，类似于在冲洗前没有MA时得到的曲线。
ROC曲线下面积（AUC）为0.96（95％CI为0.90-1.0），表明极好的判别能力。在MA设定的检测水平2：0.010mg/L时，DA的截止值为确定为大于0.35，灵敏度为0.91特异性为0.95（95％CI = 0.77-1.0）。
- 讨论
我们使用了改进的原型呼气分析仪，可同时测量呼出空气中的水蒸气，酒精和空气的体积。这让我们能够更轻易的分析他们之间的关系。
在这项研究中，我们表明通过使用水蒸气作为参考气体来定位呼出体积的不同部分中的酒精，毫无疑问，可以可靠地检测MA中的污染酒精，使得检测结果更加精确可靠。
我们将口含酒精的含量定义为lt;0.01 mg/L（1mu;g/ 100 ml，0.002 g / 210 L），这在测量证据呼吸测试仪器不确定度的要求范围内，因此实际上可以视为无关紧要。 然而，由于MA在5-15分钟内以相对快速且随时间自发地以指数方式自发消失至可忽略的量，因此在MA消除结束时总是会出现MA分界线水平为实际肺中BrAC。通过对ROC曲线的分析，DA的截止值，即最大化的灵敏度和特征性的计算结果时候gt; 0.35。 然而，对于特定的测试阶段，可以选择截止值以在真实的正面结果之前提供真实的负面结果。 在本研究中，通过用杜松子酒进行口腔冲洗来模拟MA效应，这与在社会饮酒情况下获得的MA的预期效果不同[14]，它更可能代表“最差情况”。也被限制在血液酒精成分的水平上，这相当于暴露于MA的时间的平均BrAC值为0.21mg / L，这种水平的酒精中毒似乎足以研究MA产生的影响，因为这个测量值及其靠近法律规定的限定值，且误差仅为0.1mg/L。
图3
图3左图在受试者用酒精冲洗口腔8分钟后，在以此呼吸中相对于呼出气体体积同时测量绘制的酒精和水蒸汽的体积测量图。 酒精浓度几乎与水蒸汽浓度同时增加。将酒精和水蒸气的最大浓度归一化为1.0（100％）。右图在受试者用酒精冲洗口腔8分钟后，在与左图中相同的受试者中，对酒精（BrAC）的绝对浓度与水蒸气的绝对浓度作图。 在他们的两端绘制一条直线。 由此线圈包围的面积以及在呼气过程中BrAC与水蒸汽浓度散点图曲线之间的区域称为偏差面积（DA）。 请注意，在MA存在的情况下，在第
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