癌症晚期吸气短呼气长 呼气挥发性有机物检测在癌症诊断中的应用

　　挥发性有机化合物，依照世界卫生安排（WHO，1989）的界说，指沸点在50～260℃之间，室温下饱满蒸汽压超越133.32Pa，在常温下以蒸汽方式存在于空气中的一类有机物，可分为烷类、芳香烃类、烯类、卤烃类、酯类、**类和其他化合物。近几十年来，越来越多的研讨开端讨论经过检测人体VOC水平进行疾病确诊的可行性，并获得了一些发展。

　　1、人体呼气中VOC来历

　　VOC广泛存在于外界大气中。各种人类的日子生产进程，如食物、钢铁、石油化工等生产进程，机动车排放尾气，室内装潢家具以及天然界全部动植物的生命活动都是大气中VOC的重要来历。

　　人体呼气中的VOC有两个首要来历：外源性和内源性VOC。外源性VOC可发作于人类生产活动、天然植物开释等多种进程，它们经过人体呼吸进入人体或直接经过皮肤吸收。内源性VOC可发作于人体内多种不同的生化反响进程中，如保持细胞膜完整性、能量代谢、氧化应激等各种根本细胞功用均与VOC发作有关。现在以为，氧化应激或许是内源性VOC发作的首要进程。

　　2、人体内VOC的代谢

　　2.1经过细胞色素P450氧化酶体系代谢

在人体某些生理或病理状况下细胞色素P450氧化酶体系可有不同程度的增强或按捺，此时人呼气中VOC也呈现改动，如有研讨显现在部分肺癌患者体内细胞色素P450体系激活，引起VOC的降解加快，可导致呼气中成分的改动。

　　2.2经过肺呼出

　　VOC可以在全身各种细胞中发作，因为其在水中溶解度极低，可以经过血流抵达肺泡，并经过呼气排出体外。因而，呼气中内源性VOC以为首要来历于肺泡。

　　3、VOC的检测办法

　　因为VOC在呼气中的浓度极低，需求使用特别的样本前处理技能及灵敏性极高的仪器对其进行检测。现在比较常用的仪器有气相色谱，质谱联用仪（gas chromatography/mass spectrometry，GC-MS）、质子转移反响质谱仪（proton transfer reaction mass-mass spectrometry，PTR-MS）及电子鼻传感器等。

　　GC-MS是一种将气相色谱仪经接口与质谱计结合而构成的气相色谱一质谱法的剖析仪器。VOC经过GC时会有各自的保存时刻，经过MS时会构成特征性的碎片离子，两者数据结合再与数据库中已知物质进行比对，就可以断定VOC的品种。GC-MS在VOC剖析中使用存在不少不足之处，如剖析周期长、精断定量较难等。除此以外，检测样品需求预浓缩处理，常用的办法有固相微萃取（solid phase microex-traction，SPME）等。

　　PTR-MS选用“软”电离办法——质子传递反响，使用被测物质子亲和能高于水而低于高聚水的性质使物质电离，使多种VOC能与H3O+进行反响VOC+H3O+→[VOCs+H]++H2O，发作分子离子，之后经过获得分子量信息，对混合物成分定性定量。它具有无需预处理进程、丈量时不构成碎片离子、检测速度快、灵敏度高级长处，并且是肯定量测定，不需求标定。但PTR-MS无法清晰VOC品种，限制了在VOC检测中的使用。

　　电子鼻是一种使用气体传感器阵列的呼应图画来辨认气味的电子体系，它经过传感器阵列与不同气味分子（包含VOC）发作效果，发作不同的呼应谱来对气体进行剖析。电子鼻具有高灵敏、便携及易操作等许多长处。但是，高湿度及某单一物质极高浓度均会影响到电子鼻的灵敏性，无法供给肯定校准，一些传感器原件相对低寿数，无法供给计量材料，这些都影响到电子鼻在实践临床工作中的使用。

　　4、人呼气中VOC检测与肺癌

　　早在20世纪70时代，Pauling等便在人呼气中检测到200多种VOC成分，接着，逐步发现其间的一些成分与不同的病理状况有关。之后不少研讨者用改善的办法对人呼气中的VOC进行检测，成果都显现呼气中的烷烃等VOC与肺癌相关。他们筛选出多种VOC构建出不同的肺癌确诊模型，可到达较好的灵敏度和特异度。

　　近几年，人们对呼气VOC的研讨从单纯的临床研讨转移到安排乃至细胞水平，不断测验新的办法对呼气VOC进行检测，并对或许影响到肺癌确诊的其他要素（如炎症或其他肿瘤等）进行讨论，也开端对肺癌患者癌肿切除术后呼气VOC改动进行长时间的随访研讨。

　　Chen等从多位肺癌患者体内获得的肺癌细胞进行培育，并使用SPME-GC办法对其培育瓶顶空气体进行VOC检测，一起对这些肺癌患者呼气中VOC进行检测，得到11种肺癌特征性的VOC，其间有一部分与肿瘤细胞培育时顶空气体所测的VOC相同。Poli等使用SPME-GC-MS办法，发现非小细胞肺癌患者手术切除3年后，呼气中异戊二烯及苯的浓度下降，戊烷、甲苯及乙苯的浓度上升。在肺癌安排VOC剖析中发现，除了二甲苯以外，癌安排散发出的其他一切芳香烃浓度皆高于正常安排。终究研讨者以为呼气VOC剖析不只可用于肺癌患者确诊，在其术后随访中也具有必定含义。Dragonieri等研讨发现肺癌患者“呼气指纹”可与缓慢阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）患者的相差异。Barash等使用根据金纳米颗粒传感器阵列的电子鼻对非小细胞肺癌患者呼气进行检测，与正常对照比较准确率到达了100%。2010年D'Amico等使用电子鼻对肺癌、其他肺部疾病（包含COPD、间质肺疾病、胸膜炎、支气管炎）、正常对照的呼气VOC进行检测并归纳剖析，整体确诊肺癌的灵敏性大于80%，其间与正常对照比较灵敏性为85%，与其他肺部疾病比较灵敏性为92.8%，而3组归纳比较灵敏性为89.3%。

　　近些年来，人们也开端测验使用PTR-MS办法对肺癌患者进行检测。Wehinger等发现质荷比为31（考虑为甲醛）和43（考虑为质子化后异丙醇的一个片段）的VOC在肺癌患者呼气VOC中明显升高。2009年Bajtarevic等用PTR-MS及SPME-GC-MS两种不同的办法，别离对肺癌、正常成年人呼气中VOC水平进行检测。PTR-MS检测成果显现与正常对照比较，异戊二烯、丙 **、甲醇的含量有轻度削减。SPME-GC-MS则在两组之间发现50多种不同VOC，从中选取特定4种、15种、21种VOC树立肺癌确诊模型，灵敏性别离为52%、71%、80%，特异性皆为100%。Bajtarevic等还就吸烟对呼气中VOC影响进行研讨，发现吸烟确实会影响呼气中VOC的品种和水平，如乙**简直存在于一切吸烟患者中，而在非吸烟患者中含量极低，可以作为一种吸烟相关的VOC。

　　5、呼气VOC检测与其他肿瘤

　　Phillips等将GC-MS技能用于乳腺癌确实诊，灵敏性和特异性别离为93.8%和84.6%。Qin等又使用SPME-GC-MS检测肝癌患者呼气，发现3-羟基-2-丁tong、苯乙烯、癸烷可以作为肝癌潜在的标志物，其间3-羟基-2-丁tong被以为最有确诊价值。这些标志物确诊肝癌的灵敏性和特异性可别离到达86.7%和91.7%。de Gennaro等试验证明GC-MS呼气剖析可用于恶性间皮瘤患者和长时间石棉露出、正常对照两组人群的辨别，并以为环戊烷或许是进行辨别的重要化合物。Silvano Dragonieri等用电子鼻也得出了类似成果。

　　更值得注意的是，当Peng等将金纳米颗粒传感器阵列电子鼻使用到肺癌、乳腺癌、结肠癌、前列腺癌及正常对照组在呼气的辨别中时，发现这种电子鼻不只可以区别癌与非癌，还可以将不同癌症很好的区别开来。他们还使用SPME-GC-MS进行相同试验，发现尽管与正常对照比较时，各种癌症都具有各自共同的VOC谱，但在归纳剖析时，SPME-GC-MS却无法将各种癌症区别开来。接着同一研讨团队又使用同一电子鼻辨别良性乳腺疾病与乳腺癌，也获得了较为满足的成果。研讨成果使人们看到了呼气剖析，特别是电子鼻，在全身多种癌症确诊方面的巨大潜力和宽广远景。

　　6、呼气剖析中存在的问题

　　6.1肿瘤患者呼气中VOC成分改动的机制不明

　　现在，人们关于各种内源性VOC的发作机制仍不甚清楚，因而关于在某些疾病或应激状况下人体呼气中VOC成分改动的机制也一向存在争辩。

　　Poli等对非小细胞肺癌患者手术后的随访发现，癌肿切除短期内对呼气中VOC影响不大，故Poli提出肺癌患者呼气中VOC或许并不来自或只是小部分来自肿瘤安排，不能作为肺癌的标志物，而其改动也只是是肺癌的随同症状。而之前Di Natale等使用根据石英微天平传感器体系的电子鼻对肺癌患者、肺癌术后患者及正常对照的呼气进行检测，发现56%的肺癌术后患者被划分为正常对照组，而别的44%也不与肺癌组堆叠，被独自划为肺癌术后组，故以为使用电子鼻所测得的呼气中VOC的改动直接来历于肺癌细胞自身。Chen等用SPME-GC办法对肺癌患者呼气进行检测，得到11种肺癌特征性的VOC，其间有一部分与相应肺癌细胞株顶空气体所测的VOC相同。故研讨者以为肺癌患者呼气VOC的改动一部分源自肺癌细胞自身，而另一部分或许源自肿瘤微环境的巨大改动，如氧化应激形成。之后人们又发现，尽管肺癌呵导致部分氧化应激反响加强，但与COPD等其他引起氧化应激的肺部疾病比较，呼气中VOC的改动并不相同。关于各种引起氧化应激的非肿瘤疾病，其所测得的呼气中VOC改动也不尽相同。

　　因而，呼气中VOC成分的改动机制现在仍不清楚，很或许是一个多要素影响的杂乱进程，仍需求进一步的探究。

　　6.2各种呼气剖析仪器的局限性

　　GC-MS可对呼气中VOC进行定性定量，在呼气剖析中较为常用。但因为GC-MS自身仅能对ppm级的化合物进行检测，这远远不能到达对呼气中VOC检测的要求（常为ppb级），因而需对呼气中VOC进行预浓缩处理。SPME是一种常用的预浓缩办法，但它对不同VOC的浓缩程度不同，可以选择性加强一些VOC信号，一起削弱别的一些VOC信号，终究对剖析成果发作影响。而PTR-MS和电子鼻尽管无需进行预浓缩处理，检测便利、高效，但PTR-MS不能对所检测VOC定性，电子鼻只能得到特定“呼气指纹”，无法对VOC定性定量，且人们对电子鼻辨别呼气的清晰机制仍有争议。

　　6.3呼气收集办法对试验成果的影响

　　呼吸道死腔可对呼气VOC检测发作影响。人体内源性VOC经过肺泡毛细血管膜进入肺泡气体中，因而直接测定肺泡气体中的VOC或许更具有价值。而呼吸道死腔气领会影响肺泡气体的收集，因而经过呼气收集器将死腔气体扫除，直接收集肺泡气体，应可添加成果的准确性。Miekisch等研讨较好提醒了混入呼吸道死腔气体对呼气剖析终究成果发作的影响。除此以外，呼气收集前呼吸的深度、是否剧烈运动以及呼气收集时呼气流速均或许对呼气中VOC的检测成果发作影响。

　　7、结语

　　呼气剖析无创、价格相对低价，若选用电子鼻为检测手法具有便携、快速、灵敏、高效等许多长处。它可以用于多种疾病的辨别，特别是在肿瘤性疾病的前期筛查和确诊中具有其他传统办法无法比拟的优势。当然，呼气剖析终究用于临床仍有很长的路要走，如需多中心、大样本的研讨对现有成果进行验证，进一步研讨呼气中VOC发作和与不同疾病相关的机制，建立规范的呼气收集规范和流程、规范的检测和剖析办法，研讨在各种杂乱临床情况下保证呼气剖析灵敏性和特异性等许多问题。但呼气剖析作为一种全新确实诊办法，必将具有宽广的临床使用远景。