葉劍飛　白宏宇　王圓等

摘要：呼出氣檢測是指通過檢測呼出氣中的揮發(fā)性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs），對疾病作出判斷的方法。相比健康人群，肺癌患者呼出氣中VOCs的成分存在著顯著差異，通過檢測VOCs診斷肺癌是一種新的診斷方法，具有無創(chuàng)、安全、敏感性和特異性較高、價格相對低廉的優(yōu)勢，有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：呼出氣；檢測；揮發(fā)性；有機化合物；肺癌

通過對呼出氣的檢測，人們可以獲得更多信息。呼出氣體檢測通過檢測人體呼出氣體內(nèi)相關(guān)的成分，從而對疾病的情況作出判斷。肺癌患者的呼出氣也有一些特征性的改變，對呼出氣進(jìn)行檢測，有可能成為一種新型、無創(chuàng)、簡便、經(jīng)濟、敏感的肺癌診斷方法。

1.呼出氣中揮發(fā)性有機化合物的定義

呼氣中的主要成分為N2、O2、CO2、水蒸氣和惰性氣體，另外還有一些含量很低的被稱為揮發(fā)性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）的成分。其成分復(fù)雜，主要組分包括烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴類及硫烴類等。

2.呼出氣體中的VOCs的產(chǎn)生機制

人類呼出氣體中已知存在的VOCs有500余種，它們可被分為外源性和內(nèi)源性兩類：內(nèi)源性VOCs來源于人體血液中經(jīng)由肺排出的代謝產(chǎn)物。其中具有診斷意義的內(nèi)源性VOCs主要包括：飽和烴類（如乙烷，戊烷）、不飽和烴類、含氧有機化合物、含硫有機化合物和含氮有機化合物。

動物實驗及臨床試驗已證實呼出氣體中的乙烷、戊烷的含量與脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的活性之間存在著緊密聯(lián)系，并可作為脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的標(biāo)志物。飽和烴類在血液中的溶解度較低，因此易揮發(fā)并由呼吸從肺部排出。

呼吸氣體中的不飽和烴類的代表主要是異戊二烯。動物實驗發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生與肺泡表面活性物質(zhì)的氧化損傷有關(guān)。

呼吸氣體中的VOCs產(chǎn)生與肺癌之間的關(guān)聯(lián)尚不十分明確。目前初步認(rèn)為細(xì)胞癌變過程中增加了氧自由基的活動，這些氧自由基可引起蛋白質(zhì)、多不飽和脂肪酸及DNA等的過氧化損傷，而細(xì)胞膜上的多種不飽和脂肪酸，通過脂質(zhì)的過氧化反應(yīng)，可轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的烷烴類，如乙烷，戊烷等，這些烷烴類物質(zhì)易通過呼吸氣體排出。此外，這些烷烴物質(zhì)也可通過細(xì)胞色素P450混合酶系統(tǒng)代謝，將其氧化成烷醇，排出體外。系列研究顯示該酶系在肺癌患者中激活，導(dǎo)致氧化應(yīng)激的代謝產(chǎn)物，如烷烴類和單甲基烷烴類的加速降解，并產(chǎn)生呼出氣體相應(yīng)成分的可測量的變化。

3.VOCs的收集、濃縮與檢測手段

VOCs的整個檢測過程主要包括收集，預(yù)濃縮（吸附和解吸），分離檢測以及數(shù)據(jù)后期定性定量分析這四大步驟。

3.1氣體收集 目前尚無公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的收集方法，主要是在操作中避免氣體外漏和外界氣體的污染。常用的方法有使用Breath CoHecfing Apparatus（BCA）或Bio-Vocbreath sampler采樣，該方法對儀器和技術(shù)要求稍高。另外一種是直接向采樣袋或采樣容器內(nèi)呼氣，操作簡便，無需特殊的收集儀器，但缺點是收集的氣體中含有未經(jīng)過肺泡中血氣交換的死腔氣體。

3.2氣體濃縮 人體呼吸中的VOCs氣體含量極低，要求檢測前對樣本進(jìn)行預(yù)濃縮。這一步驟可通過固相微萃?。╯olid Phase Micro.Extraction，SPME）、熱解析等吸附技術(shù)來實現(xiàn)。SPME聯(lián)合氣相色譜分析（gas chromatographv，Gc）對VOCs的測定具有較高的敏感性和穩(wěn)定性。

3.3氣體分析 VOCs經(jīng)預(yù)濃縮后可通過加熱使其脫附，再用氣相色譜及質(zhì)譜檢測儀（mass spectrum，MS）進(jìn)行定性和定量的分析l引。某一種VOCs很難與相關(guān)疾病建立直接的關(guān)系，而選取多種化合物所構(gòu)建的VOCs模型在不同疾病之間以及疾病與正常狀態(tài)之間則具有較明顯的差異。

氣體的檢測方法還有電子鼻，電子鼻是一種模擬人類嗅覺系統(tǒng)的智能電子儀器。電子鼻的優(yōu)點是響應(yīng)時間短、檢測速度快、無需復(fù)雜的樣品預(yù)處理過程。

4.VOCs檢測在肺癌診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀

與健康人群相比，肺癌患者呼出氣中VOCs存在著明顯差異，檢測VOCs對肺癌的診斷有幫助，目前的研究顯示需建立多種VOCs的聯(lián)合檢測診斷模型才能提高診斷的敏感性和特異性。

呼吸氣體檢測應(yīng)用于肺癌診斷的設(shè)想早期由O'Neill等提出，該學(xué)者鑒定出28種VOCs成分，主要是烷烴類：如己烷和甲基戊烷，以及苯的衍生物。

1999年P(guān)hillip M篩選出22種VOCs，主要是烷烴類及其衍生物和苯的衍生物。2003年P(guān)hillip M和他的研究小組又從上述VOCs中挑選其中9種作為肺癌早期診斷或篩查的腫瘤標(biāo)志物，并構(gòu)建了相應(yīng)的試驗方法及預(yù)測的統(tǒng)計學(xué)模型。在2007年其所報道的實驗性診斷研究中，結(jié)果顯示采用共22種VOCs建立的模型，當(dāng)敏感性為100%、特異性為81.3%時的肺癌診斷符合率為46%，而當(dāng)敏感性為66.7%、特異性為100%時診斷符合率為90%。該方法總的診斷符合率為81.5%。

Machado采用電子鼻裝置作為VOCs的檢測手段。每份氣體使用手提式電子鼻裝置測試5次。在實驗設(shè)計上，其先在非盲法條件下選取14例未治療的肺癌患者和45例非肺癌患者作為對照組進(jìn)行檢測，并根據(jù)電子鼻測得的結(jié)果構(gòu)建了診斷預(yù)測模型。結(jié)果顯示此模型的陽性預(yù)測率為66.6%、陰性預(yù)測率為93.4%，敏感性為71.4%、而特異性為91.9%。同時后期再使用GCMS對該模型診斷出的肺癌患者的呼吸氣體中的VOCs進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)主要為戊烷、異戊二烯、丙酮和苯衍生物。該方法的缺點在于對VOCs仍然不能作出定性與定量分析，僅能作為初篩檢驗使用。

Diana Poli等通過比較肺癌患者術(shù)前以及術(shù)后VOCs的變化，得出呼吸氣體中異戊二烯的含量在手術(shù)切除腫瘤后明顯下降，提示VOCs不但能早期診斷肺癌，還有助于對患者隨訪觀察。

5.總結(jié)及展望

呼出氣檢測診斷肺癌為我們提供一種新的診斷方法，比較其它肺癌檢查方法，具有無創(chuàng)、安全、敏感性和特異性較高、價格相對低廉的優(yōu)勢。今后的重點在于如何將醫(yī)學(xué)和工程學(xué)更好地結(jié)合，如何使呼出氣檢測便捷地用于臨床及尋找更有效的氣體分析模型以用于篩查診斷。