呼出氣中含有多種揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds, VOCs), 能夠表征人體的健康狀態(tài), 應(yīng)用于疾病診斷的研究, 優(yōu)點(diǎn)在于無創(chuàng)、快捷、可重復(fù)采樣和適用于大規(guī)模的疾病篩查。自發(fā)現(xiàn)人體呼出氣內(nèi)有200多種 VOCs以來, 關(guān)于呼出氣VOC組分與疾病狀態(tài)之間關(guān)聯(lián)的研究日益增多, 如在對肺癌、糖尿病、乳腺癌等的研究中, 通過對比病患與健康人呼出氣VOCs成分和濃度水平差異, 可為VOCs疾病診斷模型的建立提供參考。以診斷模型為基礎(chǔ),基于傳感器技術(shù)的檢測設(shè)備能對呼氣VOCs進(jìn)行無創(chuàng)、快速檢測。已有研究表明, 利用呼出氣VOCs進(jìn)行臨床診斷, 特異性和敏感性均在70%以上。

自古以來，呼出氣就被認(rèn)為是病理生理過程的診斷線索。利用呼出的揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compound，VOC)進(jìn)行疾病診斷可以追溯到古希臘文明，在那時(shí)“醫(yī)學(xué)之父”希波克拉底就提出利用呼吸分析來診斷各種疾病。

例如，一些糖尿病酮癥酸中毒患者的呼出氣有爛蘋果氣味，肝病患者會有魚腥味，厭氧菌感染的肺膿腫患者的呼出氣有類似下水道氣味，而有機(jī)磷中毒的患者在呼吸時(shí)有大蒜氣味。這些基本氣味檢測試驗(yàn)可被視為呼吸分析的基礎(chǔ)。

到20世紀(jì)，我們見證了呼吸分析領(lǐng)域的成就，1971年諾貝爾獎得主生物化學(xué)家Linus Pauling使用氣相色譜法描述了人類呼出氣中250種VOC的情況，發(fā)現(xiàn)這些VOC來源于許多內(nèi)源性生化過程，包括脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的醛、烷烴，以及碳水化合物和脂肪酸代謝產(chǎn)生的酮。

然而，直到1985年Gordon等才首次證明了呼出氣VOC在肺癌早期診斷中的可行性。這種VOC與人類疾病的早期關(guān)聯(lián)為在肺部疾病早期診斷中使用呼吸分析奠定了重要基礎(chǔ)。

一VOC概述

VOC是一種具有高揮發(fā)性的氣態(tài)有機(jī)分子，人體的VOC來源于多種體內(nèi)代謝途徑,并通過皮膚、糞便、尿液和呼吸釋放。由于細(xì)胞代謝因疾病而改變，因此VOC的變化可以作為特定病理生理狀況的生物標(biāo)志物。在呼吸系統(tǒng)疾病中，呼出氣因其與呼吸道的緊密接觸而受到特別關(guān)注。完整的人體呼出氣由數(shù)千種化合物組成，呼出氣VOC分為外源性和內(nèi)源性。

外源性VOC來自環(huán)境，并通過呼吸道和消化道等途徑進(jìn)入機(jī)體。體內(nèi)產(chǎn)生的VOC可以是宿主生理代謝過程的產(chǎn)物，也可以是微生物病原體代謝過程的產(chǎn)物，或者是宿主對諸如感染或炎癥等過程的病理反應(yīng)性產(chǎn)物。VOC是一種低相對分子質(zhì)量、高蒸汽壓的碳基化合物，這種特性使得它們很容易在環(huán)境中擴(kuò)散。

患者呼出氣檢測技術(shù)是疾病診斷的新方法，自發(fā)展以來受到研究者的廣泛關(guān)注，近年來利用呼出氣檢測診斷非感染性疾病(如支氣管哮喘、肺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌等)和感染性疾病[如肺結(jié)核、新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease 2019，COVID-19)]均取得了一定進(jìn)展。對于感染性疾病,病原微生物感染機(jī)體后，經(jīng)過體內(nèi)代謝，可產(chǎn)生廣泛的VOC，如烴、醇、酮類，以及含氮和含硫化合物等。

宿主或病原微生物新陳代謝的變化可能會影響呼出氣組分，不同種屬的微生物在人體組織微環(huán)境中生長代謝時(shí)產(chǎn)生的VOC種類不同，使得檢測其代謝譜和特異性物質(zhì)成為可能。呼出氣VOC檢測具備無創(chuàng)、取樣簡單、速度快等優(yōu)勢，有較大的應(yīng)用價(jià)值。

VOC的檢測技術(shù)

內(nèi)置PID傳感器的醫(yī)用人體呼出VOC氣體檢測裝置,包括吹氣口,干燥管,PID傳感器,主控制器,顯示器,待檢測的混合VOC氣體經(jīng)過吹氣口進(jìn)入至干燥管,干燥后的混合VOC氣體通過至PID傳感器進(jìn)行檢測VOC氣體的粗含量和成分,粗含量和成分的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸至主控制器,主控制器傳輸至顯示器上,顯示器進(jìn)行顯示檢測的混合VOC氣體內(nèi)的分子及其含量.能夠準(zhǔn)確地提高測量人呼出氣體中VOC成分的含量.工采網(wǎng)推薦英國Alphasense PID光離子氣體傳感器 VOC氣體傳感器 (高靈敏度） PID-AY5和PID光離子氣體傳感器 VOC氣體傳感器 (中量程）PID-AR5：PID-AY5可以測量(1.5ppb-20ppm)量程范圍的VOCs（可揮發(fā)性有機(jī)物）和一些有毒氣體，采用zui先進(jìn)傳感技術(shù)的OEM氣體傳感器，高靈敏度VOCs氣體傳感器PID-AY5專為檢測市場上zui寬泛動態(tài)范圍的VOCs設(shè)計(jì)，而其性能不受影響。PID-AR5可以測量(10ppb-200ppm)量程范圍的VOCs（可揮發(fā)性有機(jī)物）和一些有毒氣體。VOCs氣體傳感器-PID-AY5/PID-AR5是簡單的即插即用式傳感器，能在多種不同的應(yīng)用中對數(shù)千種揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)提供動態(tài)且可靠的響應(yīng)。該傳感器專為擴(kuò)散式和在線泵送式采樣而設(shè)計(jì)，提供出色的響應(yīng)時(shí)間和清除率。傳感器采用具有特殊亮度和穩(wěn)定性的燈泡，能夠在較長時(shí)間內(nèi)可靠地檢測揮發(fā)性弱和不易檢測的化合物。

審核編輯黃宇