陳然然，宋珍華，吳德華，龍成生，張劉睿祺(公安部南京警犬研究所氣味物證實(shí)驗(yàn)室，南京210012)

人體呼吸分為吸氣和呼氣過程，吸氣使外部環(huán)境空氣與肺泡內(nèi)血液空氣屏障處的內(nèi)部環(huán)境交換，外源性化合物擴(kuò)散到血液后幾乎與人體的每個(gè)組織接觸；呼氣過程中，外源性化合物和反映內(nèi)部身體狀況的內(nèi)源性化合物從血液擴(kuò)散到呼吸中，通過呼氣排出體外。人體的呼出氣主要包括氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、水蒸氣、惰性氣體和數(shù)千種微量揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)和無機(jī)分子(例如NO、NH3和CO等)。在人體呼出氣中已鑒定出近3 500種揮發(fā)性有機(jī)化合物[1]，其是人體中持續(xù)發(fā)生的代謝、分解代謝和外源性暴露過程的產(chǎn)物，大多數(shù)物質(zhì)都是外源性的，源于環(huán)境污染物吸入、食物攝入、皮膚接觸和藥物代謝等，可反映外界因素對(duì)人體健康的影響；來源于人體生理和病理反應(yīng)隨著呼出氣體而排出體外的代謝產(chǎn)物VOC包含豐富的生物特征信息，呼吸可作為代謝組學(xué)的媒介，呼吸代謝組學(xué)可以深入了解人體的所有代謝過程，提供更加全面的身體狀況信息。通過呼出氣分析可以檢測(cè)人體呼出氣中的代謝產(chǎn)物并監(jiān)控其變化，用以人體的健康狀況評(píng)估以及疾病診斷。

人體代謝產(chǎn)物(如VOC)通過血液到達(dá)肺部，在肺部進(jìn)行物質(zhì)交換后通過呼吸道以呼出氣的方式排出體外，人體代謝的異常會(huì)導(dǎo)致呼出氣中某些成分的變化，進(jìn)而可通過呼出氣診斷的方法來分析判斷病情[2]。人體呼出氣中的VOC可以揭示各種人體健康狀況，相比于傳統(tǒng)有創(chuàng)取血檢測(cè)，呼出氣分析診斷具有無創(chuàng)、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。利用呼出氣診斷人體疾病可追溯到古希臘時(shí)期，現(xiàn)代呼出氣分析研究始于Pauling等[3]通過氣相色譜法從人體呼出氣中檢測(cè)到約250種VOC。呼出氣中VOC的一種或多種與特定疾病有關(guān)，這些VOC被稱為疾病的生物標(biāo)志物(biomarker)。近年來，呼出氣分析廣泛應(yīng)用于疾病生物標(biāo)志物的研究，并發(fā)現(xiàn)呼出氣中VOC種類和水平的變化與多種疾病存在關(guān)聯(lián)，如糖尿病患者呼出氣中異戊二烯、二甲基硫醚、硝酸甲酯、丙酮、丁醇以及一些長(zhǎng)鏈烷烴和苯系物的水平異常[4]；戊烷、苯、苯乙烯、丙醇等均被識(shí)別為肺癌的可能標(biāo)志物[5]；庚酮、戊酮、乙烷、戊烷等被證明與慢性阻塞性肺疾病(COPD)存在顯著關(guān)聯(lián)[6]。

目前，呼出氣分析在疾病初篩和早期識(shí)別中的應(yīng)用越發(fā)受到關(guān)注，越來越多的研究證實(shí)了呼出氣分析在臨床診斷、健康監(jiān)測(cè)和環(huán)境中VOC暴露評(píng)估輔助方面的準(zhǔn)確性與重要性。臨床和實(shí)驗(yàn)室針對(duì)人體呼出氣的分析研究，主要是檢測(cè)新技術(shù)的研發(fā)和疾病生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)。人體呼出氣通過采氣袋、不銹鋼容器和吸附捕集器等采集后，或通過固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)[7]或熱脫附(thermal desorption,TD)[8]進(jìn)行預(yù)濃縮和富集后，采用基于氣相色譜(gas chromatography, GC)或質(zhì)譜(mass spectrum,MS)、激光光譜和氣體傳感器的方法進(jìn)行檢測(cè)分析[9]。此外，也開展了使用訓(xùn)練有素的嗅探犬進(jìn)行癌癥識(shí)別篩查的研究[10]。

目前尚未有關(guān)于呼出氣中VOC采集、檢測(cè)、分析、數(shù)據(jù)處理等標(biāo)準(zhǔn)化操作流程。本文重點(diǎn)綜述了人體呼出氣的采集及分析技術(shù)、呼出氣中存在的疾病生物標(biāo)志物、呼出氣分析的臨床應(yīng)用等方面的研究進(jìn)展，為進(jìn)一步研究人體呼出氣成分、呼出氣用于臨床診斷和健康監(jiān)測(cè)、呼出氣成分與各種疾病的關(guān)系等提供借鑒，推動(dòng)人體呼出氣的分析研究進(jìn)展。

1 呼出氣的采集與儲(chǔ)存

呼出氣的采集和儲(chǔ)存應(yīng)注意保存高揮發(fā)性的疾病生物標(biāo)志物、避免環(huán)境VOC的污染，然而，目前人體呼出氣的分析研究中缺乏對(duì)呼出氣采集和分析的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)有效的采樣程序在呼出氣分析的科學(xué)研究以及臨床應(yīng)用中起著關(guān)鍵作用，其必須考慮兩個(gè)方面，目標(biāo)呼出氣是總呼吸(生理死腔氣和肺泡氣)還是肺泡氣，及其采樣方式[9]?？偤粑杉?jiǎn)單，無需額外設(shè)備，但是生理死腔氣會(huì)稀釋呼出氣中生物標(biāo)志物的濃度；肺泡氣中外源性污染物濃度較低，其內(nèi)源性VOC的濃度比總呼吸中高2～3倍[11]。健康個(gè)體一次能呼出半升或更多的氣體，最初的150 mL是呼吸道的死腔氣，沒有在肺泡中進(jìn)行交換，采集呼出氣時(shí)可除去呼吸的前半部分，以減少死角空氣對(duì)肺泡空氣的稀釋和污染[12]。

呼出氣采樣分為直接和間接兩種方式，直接采樣為呼出氣直接被引入測(cè)量系統(tǒng)，間接采樣為呼出氣存儲(chǔ)在一定的介質(zhì)中或經(jīng)過預(yù)濃縮處理后進(jìn)行分析。常用的呼出氣采集儲(chǔ)存介質(zhì)包括：采氣袋(如Tedlar采氣袋、Mylar采氣袋、Flexfoil采氣袋、Nalophan采氣袋等)、化學(xué)惰性和低放射性塑料材質(zhì)容器(如注射器等)、玻璃瓶以及裝有吸附劑的不銹鋼容器和玻璃管(吸附捕集器)，其中Tedlar采氣袋、注射器和吸附捕集器應(yīng)用最為廣泛[13]。

通常采用吸附捕集器與采氣袋相結(jié)合的方式進(jìn)行呼出氣的采集與儲(chǔ)存，瑞士杜爾滕生態(tài)醫(yī)療中心采集呼吸肺泡氣的設(shè)備示意圖如圖1所示[14]，該設(shè)備通過肺沖洗來清除呼吸過程中吸入的環(huán)境污染物使樣本污染最小化，自動(dòng)將呼吸死角空氣填充到相應(yīng)的采氣袋中，該袋隨后被移除，然后收集肺部的肺泡氣，肺泡氣儲(chǔ)存在惰性氣袋或容器中，也可直接轉(zhuǎn)移到分析儀器中，該呼氣采集系統(tǒng)已用于多項(xiàng)研究[15-16]。

圖1 呼出氣收集設(shè)備示例[14]

王彤等[17]研究肺隱球病患者呼出氣中特征揮發(fā)性有機(jī)物時(shí)，樣本采集方式如圖2所示，采用鼻吸口呼的方式深呼吸3次，然后用鼻子深吸一口氣并屏息10 s后開始吹氣，呼出氣中的前半段(約5 s)將管路中的廢氣吹出，后半段(約5 s)采集至1 mL的定量環(huán)中，隨后進(jìn)入檢測(cè)器。此外，謝少華等[18]研究呼出氣中VOC對(duì)<50歲人群肺結(jié)節(jié)良惡性的預(yù)測(cè)價(jià)值時(shí)，通過采氣筒收集口腔呼出氣到Tedlar采氣袋，并將裝有呼出氣的Tedlar采氣袋置于2～8 ℃下轉(zhuǎn)運(yùn)，未能及時(shí)分析檢測(cè)時(shí)，置于-40 ℃冰箱中保存，并于一周內(nèi)完成檢測(cè)。

圖2 人體呼氣采集示意圖[17]

2 呼出氣檢測(cè)技術(shù)

呼出氣分析作為一種無創(chuàng)且快速的可提供人體疾病狀態(tài)和治療結(jié)果反饋的測(cè)試方法，雖然處于起步階段，但已引起了科學(xué)界和臨床醫(yī)學(xué)界越來越多的關(guān)注。目前，呼出氣分析檢測(cè)方法主要包括基于GC或MS、激光光譜以及各種氣體傳感器和氣體傳感器陣列(電子鼻系統(tǒng))的方法[9]，對(duì)于呼出氣中VOC的檢測(cè)，通常需要基于氣體傳感器的方法與大型儀器設(shè)備相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)對(duì)混合VOC中多種成分的同時(shí)檢測(cè)，陳星等[19]構(gòu)建的基于氣相色譜-聲表面波傳感器聯(lián)用的中醫(yī)聞診系統(tǒng)，通過檢測(cè)呼出氣中的VOC來辨識(shí)中醫(yī)脾胃癥候，其集成了大型設(shè)備與傳感器的優(yōu)點(diǎn)，氣體傳感器體積小、能耗低、響應(yīng)速度快、成本低，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，雖然大型儀器設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，但是能夠更準(zhǔn)確的檢測(cè)出混合氣體的成分。

2.1基于GC、MS的檢測(cè)技術(shù) GC用于呼出氣中痕量化合物分析時(shí)，常與MS、離子遷移譜(ion mobility spectroscopy，IMS)耦合使用[12]。此外，質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜(proton transfer reaction mass spectrometry，PTR-MS)和選擇離子流動(dòng)管質(zhì)譜(selected ion flow tube mass spectrometry，SIFT-MS)可用于呼吸中痕量氣體的實(shí)時(shí)定量測(cè)量[9]。GC-MS技術(shù)是檢測(cè)呼出氣中VOC的金標(biāo)準(zhǔn)，尤其是用于疾病生物標(biāo)志物的全面研究和鑒定，能夠定性和定量表征呼出氣中與人類疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物[20-21]，但是GC-MS和類似分析儀器在臨床診斷中的適用性有限。IMS與GC多維色譜柱的耦合可以直接測(cè)量人體呼出氣中的VOC，具有靈敏度高、分析成本低和數(shù)據(jù)采集速率高等優(yōu)點(diǎn)，檢測(cè)限低，適合臨床診斷[17]。PTR-MS技術(shù)靈敏度高、相應(yīng)速度快、可頻繁快速測(cè)量、檢測(cè)物質(zhì)濃度低至ppb，不需要預(yù)濃縮和分離程序，在檢測(cè)VOC方面具有很大的優(yōu)勢(shì)[22]；但是該技術(shù)只能檢測(cè)質(zhì)子親和力高于水的質(zhì)子親和力的化合物，并且無法區(qū)分同分異構(gòu)和同量異位離子，因?yàn)樗鼈兌际窃谙嗤臉?biāo)稱質(zhì)量下檢測(cè)到的。SIFT-MS將快速流管技術(shù)與質(zhì)譜定量分析相結(jié)合，已被開發(fā)用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和定量分析呼吸樣品中的痕量氣體[23]，其分析呼出氣樣品時(shí)無需將呼出氣收集到袋中或收集器上，可以直接分析單次呼出氣，為臨床監(jiān)測(cè)提供即時(shí)結(jié)果。各種檢測(cè)技術(shù)在呼出氣分析研究中的應(yīng)用如表1所示。

表1 基于GC、MS的檢測(cè)技術(shù)在呼出氣分析中的應(yīng)用

2.2基于激光光譜的檢測(cè)技術(shù) 相比于質(zhì)譜檢測(cè)，激光光譜檢測(cè)技術(shù)具有高靈敏度、高選擇性、實(shí)時(shí)響應(yīng)、儀器成本相對(duì)低等優(yōu)點(diǎn)，主要包括可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(tunable diode-laser absorption spectroscopy，TDLAS)、光腔衰蕩光譜(cavity ring-down spectroscopy，CRDS)和光聲光譜(photo acoustic spectroscopy，PAS)等，在實(shí)驗(yàn)室研究中可以利用激光光譜技術(shù)檢測(cè)呼出氣中的生物標(biāo)志物，但因激光光源成本高、體積大和使用環(huán)境等因素限制了家庭使用[9]，基于激光光譜的檢測(cè)技術(shù)在呼出氣分析研究中的應(yīng)用見表2。

表2 基于激光光譜的檢測(cè)技術(shù)在呼出氣分析研究中的應(yīng)用

2.3基于氣體傳感器的檢測(cè)技術(shù) 氣體傳感器是目標(biāo)氣體與傳感器材料發(fā)生吸附或氧化還原等反應(yīng)，引起傳感器材料某些性質(zhì)發(fā)生變化，通過監(jiān)測(cè)響應(yīng)信號(hào)的變化對(duì)樣本中目標(biāo)氣體進(jìn)行定性定量分析的小型化裝置[35]。相比于實(shí)驗(yàn)室大型儀器設(shè)備，氣體傳感器具有的可開發(fā)性、測(cè)試成本低和小巧易操作等優(yōu)勢(shì)，使其在顯著降低醫(yī)療成本、人體健康監(jiān)控和環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控等方面具有極大的潛力，此外，針對(duì)可穿戴式氣體傳感器已開展了大量研究，并廣泛應(yīng)用于醫(yī)療保健、感官模擬和機(jī)器人中[36]。目前氣體傳感器主要包括比色法傳感器、金屬氧化物傳感器、基于納米材料的碳納米管傳感器和納米金屬氧化物傳感器以及基于半選擇性交互式傳感器陣列組成的電子鼻系統(tǒng)[9]。比色法傳感器可用于指示環(huán)境中VOC是否達(dá)到允許暴露的濃度限制、是否達(dá)到威脅生命和健康的濃度以及顯示醫(yī)療診斷中的呼吸測(cè)試結(jié)果等，適于羧酸類、醇類和酯類等活性強(qiáng)的VOC測(cè)量，對(duì)于芳香烴、氯烴等穩(wěn)定性強(qiáng)且濃度低的VOC檢測(cè)較難[10]。金屬氧化物傳感器具有制造工藝簡(jiǎn)單成熟、成本低、功耗小、可大量生產(chǎn)和高度小型化等優(yōu)點(diǎn)，但用于呼出氣傳感器的金屬氧化物存在導(dǎo)電性低、響應(yīng)和恢復(fù)動(dòng)力學(xué)緩慢、目標(biāo)選擇性較弱以及較高的工作溫度等缺陷[9,37]。碳納米管氣體傳感器對(duì)大量的氣相分析物均具有敏感性，如NO2、NH3、CH4和H2S等，具有響應(yīng)速度快、體積小、靈敏度高以及可在室溫下工作等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)界的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景[9]。將氣體傳感器陣列與模式識(shí)別技術(shù)相結(jié)合即形成類似生物嗅覺的電子鼻系統(tǒng)[9]，其在多種疾病的(如肺癌、多發(fā)性硬化癥和慢性腎病)呼出氣測(cè)試中已使用電子鼻系統(tǒng)[38]?；诟黝悮怏w傳感器的檢測(cè)技術(shù)在呼出氣分析研究中的應(yīng)用如表3所示。

表3 基于傳感器的檢測(cè)技術(shù)在呼出氣分析研究中的應(yīng)用

3 呼出氣中與疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物

呼吸維持著人體的正常生理活動(dòng)，人體呼出氣中的VOC很多來自于人體內(nèi)源性的生理和病理反應(yīng)，呼出氣中的一種或多種VOC與特定疾病有關(guān)，這些VOC被稱為疾病的生物標(biāo)志物(biomarker)。在醫(yī)學(xué)診斷中被識(shí)別為潛在生物標(biāo)志物的內(nèi)源性VOC主要包括碳?xì)浠衔?如乙烷、戊烷和異戊二烯等)、含氧化合物(如丙酮、乙醛和甲醇等)、含硫化合物(如二甲基硫醚、甲基硫醇和乙硫醇等)和含氮化合物(如氨、二甲胺和三甲胺等)等，表4中列出了一些與疾病相關(guān)的呼出氣組分。

表4 與某些疾病相關(guān)的呼出氣生物標(biāo)志物

4 人體呼出氣在健康監(jiān)測(cè)及疾病診斷方面的應(yīng)用

4.1碳呼氣試驗(yàn)13C呼氣試驗(yàn)是檢測(cè)幽門螺桿菌(helicobacter pylori,HP)感染的金標(biāo)準(zhǔn)。高慧芳等[53]研究結(jié)果表明，14C呼氣試驗(yàn)檢測(cè)Hp感染可以比較準(zhǔn)確地了解消化道疾病患者的病情情況，有利于疾病進(jìn)一步的治療。

王文雅等[54]探討了健康體檢人群13C呼氣試驗(yàn)結(jié)果與血清胃蛋白酶原水平的相關(guān)性，結(jié)果顯示兩者具有一定相關(guān)性，在進(jìn)一步研究基礎(chǔ)上，未來部分人群可以僅通過其中一種方法完成健康人群體檢篩查。夏倫文等[55]研究表明，14C呼氣試驗(yàn)聯(lián)合胃泌素-17(gastrin-17,G-17)、胃蛋白酶原Ⅰ(pepsinogen-Ⅰ,PG-Ⅰ)、胃蛋白酶原Ⅱ(pepsinogen-Ⅱ,PG-Ⅱ)、PG-Ⅰ與PG-Ⅱ比值(PGⅠand PGⅡ ratio,PGR)對(duì)健康體檢人群胃息肉具有輔助診斷價(jià)值。

白穎等[56]研究表明，呼氣試驗(yàn)在胃排空延遲中有較高診斷價(jià)值?？诜c食物結(jié)合的同位素13C，通過檢測(cè)不同時(shí)段13C含量可間接反映胃腸道動(dòng)力情況。1993年，Ghoos等[57]首先報(bào)道了應(yīng)用13C辛酸呼氣試驗(yàn)診斷胃排空延遲的方法，至今在診斷消化系統(tǒng)疾病中已運(yùn)用數(shù)十年。

賴慎偉等[58]研究表明，G-17及14C呼氣試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)胃癌早期診斷具有較高參考價(jià)值，可利于及早采取針對(duì)性治療。此外，吳峰等[59]研究表明，14C呼氣試驗(yàn)聯(lián)合G-17、PGⅠ、PGⅡ檢測(cè)在早期胃癌篩查中具有重要意義，可為胃癌早期診斷提供有效依據(jù)。

4.2呼氣末CO2分壓監(jiān)測(cè) 呼氣末CO2是一項(xiàng)可表征人體肺部通氣、代謝狀態(tài)和循環(huán)功能等情況的非常重要的生理參數(shù)，也是臨床檢查的重要指標(biāo)。呼氣末呼出氣中CO2的濃度即呼氣末二氧化碳分壓(PetCO2)，其與動(dòng)脈血二氧化碳分壓(PaCO2)有一定的相關(guān)性，監(jiān)測(cè)PetCO2可用于評(píng)估心肺復(fù)蘇質(zhì)量、輔助呼吸內(nèi)科疾病診斷與療效評(píng)估、麻醉監(jiān)護(hù)等，是一種直觀、操作簡(jiǎn)單快捷的無創(chuàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。美國(guó)麻醉師協(xié)會(huì)(ASA)、美國(guó)呼吸治療協(xié)會(huì)(AARC)及美國(guó)心臟協(xié)會(huì)(AHA)均將CO2監(jiān)測(cè)作為一種常規(guī)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

AHA心肺復(fù)蘇指南指出，PetCO2可反映心臟驟?；颊邔?shí)施心肺復(fù)蘇過程中的心排血量和心肌灌注，用以優(yōu)化胸外按壓質(zhì)量及指導(dǎo)血管加壓藥物治療。研究表明，COPD、哮喘和肺炎等患者呼出氣中CO2的含量與健康個(gè)體差異較大[60]。PetCO2可以用來排除肺栓塞[61]和評(píng)估COPD患者的呼吸衰竭程度[62]，在COPD患者加重期，PetCO2與PaCO2的差值(ADCO2)是評(píng)價(jià)病情嚴(yán)重程度的有效指標(biāo)。ASA推薦手術(shù)過程中常規(guī)監(jiān)測(cè)PetCO2來指導(dǎo)通氣量的調(diào)節(jié)，如連續(xù)監(jiān)測(cè)PetCO2在及早發(fā)現(xiàn)新生兒急腹癥手術(shù)靜脈麻醉過程中呼吸功能變化時(shí)具有很高的可信度和準(zhǔn)確度。

4.3呼氣峰流速監(jiān)測(cè) 呼氣峰流速(peak expiratory flow,PEF)是指研究對(duì)象從用力吸氣到不能再吸入的位置(被稱為肺總量)開始用力呼氣過程中，最初100毫秒所能達(dá)到的最高呼氣流速(量)。PEF監(jiān)測(cè)是一種簡(jiǎn)易的肺功能檢測(cè)手段，能夠反映呼吸道氣流阻塞的程度，可用來預(yù)測(cè)哮喘急性發(fā)作、評(píng)估藥物療效及急性加重后的恢復(fù)情況。陳春雨等[63]探索了肺癌患者肺葉切除術(shù)前PEF對(duì)術(shù)后肺部相關(guān)并發(fā)癥(PPC)的臨床預(yù)測(cè)價(jià)值，結(jié)果表明低PEF值與肺癌患者肺葉切除術(shù)后PPC的發(fā)生有關(guān)，是PPC的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。研究表明，心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)及其相關(guān)發(fā)病率和死亡率與肺功能的減退和PEF的減退相關(guān)；國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，PEF可預(yù)測(cè)個(gè)體未來的住院率和死亡率，可作為評(píng)估個(gè)體健康狀況及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的工具[64]；國(guó)內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，PEF與呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病和肺癌死亡率呈負(fù)相關(guān)[65]。研究表明，可以將PEF指標(biāo)納入China-PAR預(yù)測(cè)10年心血管疾病患病風(fēng)險(xiǎn)公式中，進(jìn)一步篩查心血管疾病高危人群[66]。

4.4嗅探犬用于癌癥識(shí)別 犬有可能發(fā)現(xiàn)癌癥的報(bào)道分別發(fā)表于1989年[67]和2001年[68]，未經(jīng)訓(xùn)練的犬自發(fā)識(shí)別到其主人身上的惡性黑色素瘤。從此，一些研究中心針對(duì)這方面開展了研究和測(cè)試，試圖通過訓(xùn)練有素的犬嗅聞人體組織、尿液或呼出氣等不同檢材，來識(shí)別不同類型的癌癥(如肺癌、卵巢癌和結(jié)腸癌等)。

近年來，開展了大量利用訓(xùn)練有素的嗅探犬識(shí)別人體呼出氣中癌癥的生物標(biāo)志物，Rudnicka等[25]使用訓(xùn)練有素的嗅探犬識(shí)別肺癌患者、健康志愿者和其他肺部疾病患者的呼出氣，并與采用SPME/GC-MS技術(shù)對(duì)這些呼出氣樣本定性和定量結(jié)果進(jìn)行比較，來評(píng)估嗅探犬氣味檢測(cè)的敏感性和特異性，結(jié)果顯示，犬針對(duì)這些呼出氣樣本檢測(cè)的敏感性為86%、特異性為72%。因此，將來使用嗅探犬進(jìn)行氣味檢測(cè)有可能實(shí)現(xiàn)快速、無痛且無創(chuàng)的癌癥診斷。

Jezierski等[69]研究表明，訓(xùn)練有素的犬能夠以“比偶然性好”的概率區(qū)分出肺癌和其他癌癥患者的典型呼吸氣味樣本與健康人的典型呼吸氣味樣本，犬檢測(cè)的適應(yīng)性與呼吸氣味樣本中2-戊酮和乙酸乙酯的含量呈正相關(guān)，與1-丙醇和丙醛的含量呈負(fù)相關(guān)。此外，McCulloch等[70]研究表明呼出氣樣本儲(chǔ)存幾周后，嗅探犬仍能區(qū)分癌癥患者和健康志愿者的呼出氣樣本。

犬氣味鑒別作為潛在的癌癥篩查方法，具有無創(chuàng)性、呼出氣采樣和儲(chǔ)存簡(jiǎn)單、易于檢測(cè)和結(jié)果簡(jiǎn)單明了以及檢測(cè)成本較低等優(yōu)勢(shì)，但是該方法不能確定犬對(duì)呼出氣中哪種或哪些物質(zhì)反應(yīng)，尚不能確定嗅探犬是否能以與嗅出已經(jīng)確診病例大致相同的準(zhǔn)確度嗅出臨床癌癥早期。為了實(shí)現(xiàn)利用犬在人群中進(jìn)行實(shí)際的癌癥篩查，必須通過大量的實(shí)驗(yàn)來評(píng)估，利用犬區(qū)分出確診的癌癥病例與健康人的呼出氣樣本并不是最終目標(biāo)，未來利用嗅探犬進(jìn)行癌癥篩查和預(yù)防對(duì)人類具有重要的意義。

5 展望

人體呼出氣中包含豐富的生理和疾病的生物特征信息，呼出氣組分的檢測(cè)有助于深入了解人體內(nèi)的所有代謝過程，提供生物體狀況的全面信息用于健康評(píng)估，以及依據(jù)生物標(biāo)志物進(jìn)行疾病診斷。目前，已發(fā)現(xiàn)人體呼出氣中包含多種疾病的生物標(biāo)志物，如肺癌、乳腺癌和糖尿病等，然而針對(duì)各種生物標(biāo)志物的來源、分布和生化途徑的研究仍處于初步階段，其與疾病的確切關(guān)聯(lián)性尚不清楚；同時(shí)不同個(gè)體之間特定VOC的差異取決于各種因素，如生理狀態(tài)、飲食習(xí)慣、呼出氣采集及儲(chǔ)存方式方法、檢測(cè)技術(shù)和操作人員造成的各種誤差等，尚未發(fā)現(xiàn)某種VOC只與一種疾病有關(guān)聯(lián)?？偟膩碚f，目前尚未有關(guān)于呼出氣中VOC采集、檢測(cè)、分析、數(shù)據(jù)處理等標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，未來我們可逐步實(shí)現(xiàn)呼出氣采集和分析的標(biāo)準(zhǔn)化，推進(jìn)呼出氣分析在人體健康監(jiān)控、疾病診斷和環(huán)境VOC暴露風(fēng)險(xiǎn)等方面的應(yīng)用進(jìn)程。此外，針對(duì)呼出氣中疾病生物標(biāo)志物的研究，仍需進(jìn)行大量研究、增加樣本量、提高分析儀器靈敏度，以獲得更加準(zhǔn)確的呼出氣VOC表征，找出呼出氣中更加確切的疾病生物標(biāo)志物。

目前，科學(xué)界和臨床醫(yī)學(xué)界針對(duì)呼出氣的研究主要疾病生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)新技術(shù)的研發(fā)。針對(duì)呼出氣的分析，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的大型儀器如GC-MS，配合固相微萃取和熱脫附等前處理方法，能夠全面的定性和定量分析呼出氣中的VOC，可以同時(shí)分析呼出氣中多種VOC的準(zhǔn)確水平及在人群中的差異，快速確定與疾病相關(guān)的特異性VOC，但其操作難度高、專業(yè)性強(qiáng)、設(shè)備體積大、分析時(shí)間長(zhǎng)、成本高等，不適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和低成本的快速疾病篩查，在臨床應(yīng)用中的適用性有限。相比之下，基于氣體傳感器或傳感器陣列的設(shè)備具有可開發(fā)性、小巧易操作和成本低等巨大優(yōu)勢(shì)，其在顯著降低醫(yī)療成本、人體健康監(jiān)控和疾病診斷方面具有極大的潛力，未來可穿戴式的基于傳感器或傳感器陣列的設(shè)備將能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控人體的健康狀況。然而基于氣體傳感器或傳感器陣列的設(shè)備無法提供有關(guān)呼出氣成分的信息，通過目標(biāo)氣體與傳感器的一系列反應(yīng)來識(shí)別呼出氣中的目標(biāo)化合物，很大程度上依賴于各種算法和廣泛的數(shù)據(jù)處理，因此需要結(jié)合大型儀器設(shè)備來實(shí)現(xiàn)混合VOC中多種成分的同時(shí)檢測(cè)。此外，已有研究證明嗅探犬能以“比偶然性好”的概率區(qū)分出肺癌和其他癌癥患者的典型呼吸氣味樣本與健康人的典型呼吸氣味樣本，未來利用嗅探犬通過氣味檢測(cè)實(shí)現(xiàn)快速、無痛且無創(chuàng)的疾病篩查與診斷具有極大的潛力。

隨著呼出氣檢測(cè)技術(shù)的不斷革新和科研人員對(duì)人體呼出氣奧秘的不斷探究，未來可發(fā)現(xiàn)人體呼出氣中各種與疾病相關(guān)的VOC生物標(biāo)志物，建立其與疾病的確切關(guān)聯(lián)，呼出氣分析將用于可穿戴式的基于傳感器或傳感器陣列的設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控人體的健康狀況以及成為醫(yī)療領(lǐng)域一種無創(chuàng)、快速、更加準(zhǔn)確的疾病診斷方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)利用嗅探犬在人群中進(jìn)行實(shí)際的疾病篩查。