Suivre la façon dont l’organisme brûle les graisses a longtemps impliqué une aiguille ou un appareil de laboratoire encombrant. Les analyses sanguines permettent de repérer les cétones, et les capteurs de glucose surveillent désormais le sucre minute par minute.
En revanche, le métabolisme des graisses lui-même restait difficile à observer en dehors d’une structure médicale, alors qu’il influence directement la prise en charge de l’obésité, du diabète et de maladies comme l’épilepsie.
À l’ETH Zurich, une équipe a consacré près de dix ans à combler ce manque.
Le résultat tient dans la main : un appareil qui mesure une molécule appelée acétone, libérée par le corps dès qu’il commence à utiliser les graisses comme source d’énergie.
Rendre la lecture du métabolisme des graisses aussi simple pourrait transformer le suivi du poids, affiner l’entraînement sportif ou aider à évaluer l’effet réel d’un régime alimentaire. Cela pourrait aussi permettre aux médecins de contrôler la réponse d’un patient à un traitement sans exiger une visite à l’hôpital.
L’acétone indique la combustion des graisses
Quand les glucides viennent à manquer, le foie dégrade les acides gras et produit des cétones. Parmi ces sous-produits, l’acétone est suffisamment volatile pour s’échapper dans l’air expiré.
Plus la combustion des graisses s’accélère, plus la concentration d’acétone augmente. Un simple souffle devient alors une fenêtre étonnamment fidèle sur le métabolisme.
Des outils d’analyse de l’haleine existaient déjà sur ce principe, mais la plupart ne fonctionnaient qu’à des niveaux d’acétone très élevés ou nécessitaient des équipements beaucoup trop volumineux pour un usage quotidien.
« Si nous voulons rendre cette information accessible aux patients, nous devons miniaturiser ces technologies en dispositifs compacts et faciles à utiliser », a déclaré Andreas Güntner, auteur senior de l’étude à l’ETH Zurich.
Comment fonctionne l’appareil d’analyse de l’haleine
L’appareil aspire un échantillon d’haleine, le fait passer sur un capteur chimique et fournit un résultat en environ 90 secondes.
Une petite colonne de séparation retire d’abord l’eau, l’élément qui, d’ordinaire, perturbe ces capteurs.
Ce choix de conception stabilise les mesures, même lorsque l’air expiré est chaud et humide. Pour une humidité allant de zéro à 90 pour cent, la dérive n’a été que d’environ quatre pour cent.
Une application pour smartphone se charge de guider l’utilisateur. À l’écran, un cercle se dilate et se contracte afin d’indiquer si l’on souffle trop fort ou au contraire trop faiblement.
L’application cadence aussi l’expiration pour prélever l’air profond, en fin de souffle, celui qui reflète le mieux ce qui se passe dans le sang. Les expirations trop faibles ou l’air contaminé sont détectés puis écartés avant de fausser la mesure.
L’appareil d’analyse de l’haleine atteint la précision du laboratoire
Pour vérifier la précision, l’équipe a comparé les mesures de l’appareil de poche à celles de la spectrométrie de masse par transfert de proton à temps de vol (PTR-MS), une référence pour l’analyse de l’haleine.
Au total, 312 échantillons d’haleine ont été recueillis auprès de 12 adultes en bonne santé, âgés de 20 à 37 ans, dans des conditions de vie courantes.
L’appareil a quantifié l’acétone de 0.2 à 45 parties par million (ppm). Les valeurs obtenues ont suivi celles de l’instrument de laboratoire presque point par point, avec une divergence à peine perceptible sur l’ensemble de la plage.
Cette concordance est restée solide aussi bien lorsque les concentrations étaient très faibles que lors de pics cétogènes marqués. Certains appareils ont même continué de fonctionner pendant huit mois sans perte de fiabilité.
« Ces résultats montrent que nous disposons des hautes performances nécessaires pour des applications comme les études cliniques, où l’on veut vraiment distinguer ces faibles différences du métabolisme des graisses », a souligné Simone Hersberger, première auteure de l’étude.
L’appareil d’analyse de l’haleine n’est pas perturbé par les autres composés
Une mesure exploitable doit rester insensible aux autres substances présentes dans l’air expiré. Les chercheurs ont donc évalué la réponse du capteur face à l’isoprène, au méthanol, à l’ammoniac et à l’éthanol, tous courants dans l’haleine humaine.
À des niveaux habituels, aucun de ces composés n’a altéré la valeur d’acétone. Une forte prise d’alcool a constitué l’exception ; dans ce cas, l’appareil signale simplement l’expiration comme invalide.
Cette sélectivité s’explique par le rôle de la colonne de séparation, qui agit avant que l’échantillon n’atteigne le capteur. En isolant l’acétone du reste, elle maintient une lecture nette.
Lecture de l’exercice et des repas
L’équipe a ensuite testé l’appareil lors de variations métaboliques réelles. Cinq volontaires ont fait de l’exercice puis consommé différents repas, tandis que des capteurs suivaient simultanément l’acétone dans l’haleine, les cétones sanguines et le glucose.
Avec un exercice léger associé à un repas riche en glucides, l’acétone a à peine bougé. En revanche, après un effort intense, le profil a changé nettement.
À la suite des séances les plus difficiles, l’acétone a pu grimper jusqu’à cinq fois plus haut, signe que l’organisme s’appuyait davantage sur les graisses comme carburant. La suite dépendait ensuite du repas pris.
Un repas riche en glucides faisait redescendre le niveau, un repas riche en graisses le maintenait, et le jeûne le faisait encore augmenter.
À chaque étape, les courbes issues de l’haleine ont évolué en parallèle des marqueurs sanguins de cétones et de glucose, montant et descendant au même rythme.
Trois semaines d’utilisation à domicile
Le test le plus parlant a eu lieu à la maison. Trois personnes ont réalisé la mesure quatre fois par jour pendant trois semaines, tout en faisant varier leur alimentation.
Elles ont commencé avec une alimentation standard, sont passées à une alimentation cétogène, puis ont adopté le jeûne intermittent. L’acétone est restée basse au départ, puis a fortement augmenté quand les glucides ont été réduits.
Les pics différaient fortement selon les individus : durant la semaine cétogène, un volontaire est monté vers 39 ppm tandis qu’un autre plafonnait autour de sept. C’est précisément ce niveau de détail individuel que les cliniciens souhaitent documenter.
Tout au long de l’essai, les mesures de l’appareil de poche sont restées alignées sur celles de la machine de laboratoire. Le test respiratoire a aussi détecté des variations d’utilisation des graisses qu’un capteur de glucose en continu, à lui seul, ne verrait pas.
Du laboratoire au salon : Nutrion
La technologie ne reste plus confinée au laboratoire. Une entreprise issue de l’ETH, Alivion AG, commercialise désormais l’analyseur sous le nom Nutrion.
L’appareil est désormais utilisé dans des travaux cliniques sur l’épilepsie. Il a aussi été adopté par des personnes qui suivent leur métabolisme des graisses, des sportifs aux adeptes des régimes.
« Maintenant, il est vraiment temps de le déployer dans des essais cliniques et de répondre à des questions comme l’efficacité de différentes thérapies de jeûne en fournissant des conseils personnalisés », a déclaré Güntner.
« Nous avançons réellement vers des solutions de santé pour lesquelles, à l’avenir, vous n’aurez plus besoin d’aller à l’hôpital. Vous pourrez les réaliser chez vous. »
Crédit image : Alivion AG.
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