呼出气体检测在肺癌诊断中的应用研究进展

秦 鸿，张 伟

(1.南昌大学a.研究生院医学部2011级； b.第一附属医院呼吸内科，南昌 330006；2.上饶市人民医院呼吸与危重症医学科，江西 上饶 334000)

随着环境污染的加重，肺癌发病率以及病死率均呈明显上升的趋势，男性发病率与病死率均占所有恶性肿瘤第1位，女性发病率及病死率均占第2位[1]。肺癌是对人群健康和生命威胁最大的恶性肿瘤之一，目前尚未有明确的病因。吸烟是导致肺癌的首要危险因素，90%肺癌患者发病率与吸烟有关，因此可结合吸烟史对患者病情进行初步诊断。另外，对肺癌早期诊断是提升治疗效果的关键[2]。人体呼出气有3大组成部分：气体、水蒸气、悬浮微粒，其构成主要是来自于空气、机体细胞代谢、体内微生物代谢。在呼出气体中有0.1%为痕迹气体，其中CO2浓度最高，占空气容积的0.03%～0.04%。虽然痕迹气体浓度较低，但在呼吸过程中其成分与浓度均会发生明显的改变。笔者就呼出气体检测在肺癌诊断中的应用研究进展作一综述。

1 呼出气体与肺癌的关系

在人类呼出气体中超过1000种痕量有机化合物[从按体积计算百万分之一(ppmv)浓度至万亿分之一的体积比(pptv)浓度范围]已经逐渐被人们所认识，且这些痕量挥发性有机化合物与机体的代谢水平密切相关，可将机体内潜在疾病、药物、污染物接触史反映出来[2]。另外，呼吸气体当中的烷烃类气体寒凉与脂质过度氧化反应的活性之间具有密切联系，且可作为脂质过氧化反应的标志物。呼出气体中的挥发性有机化合物(VOCs)能够有效反映出人体身体健康状况及多种疾病的症状。随着医疗技术的发展，呼出气体检测已经被临床逐渐应用，其与常规检测相比，更加简单、方便，具有较好的准确性，且不会对患者造成任何损伤，安全性较高。陈璐等[3]报道，通过收集63例病理确诊的肺癌患者与72例健康人的呼出气体，前者作为观察组，后者为对照组，采用电子鼻对呼出气体中的VOCs进行检测，结果显示观察组二级基甲烷、甲烷、乙醇、乙烷、十二烷、篙属酮、侧柏醇等VOCs浓度与对照组比较差异均有统计学意义(均P<0.05)；观察组判对率为80.6%，对照组判对率为83.9%，同时观察组特异度为74.0%，对照组特异度为93.0%。由此可见，呼出气体中的VOCs组成及浓度能够对机体的特定疾病状态与代谢状态进行有效反映，建立呼出气体VOCs数据库，对肺癌诊断具有重要的价值。

2 呼出气体的收集及其装置

对于健康个体，前半部分的呼出气体(约150 mL)来自于上呼吸道，与血液之间没有进行气体交换，是“静区”气体；后一部分的呼出气体(约350 mL)来自于肺泡，与血液进行了气体交换，是“肺泡”气体。根据气体来源，呼出气体的收集可分为三种:1)静区气体收集(上呼吸道NO收集；2)肺泡收集(纯粹的肺泡气体收集)；3)混合气体收集(总呼出气体,包括静区气体和肺泡气体)。呼出气冷凝液(EBC)，因其可无创收集呼吸道内衬液，同时可反映肺部炎症及氧化应激状态，在近几年备受关注。在患者正常呼吸时，通过简单冷凝装置对其及进行收集，相较于有创的收集方式，更容易被患者接受。另外，通过对患者呼吸气体进行收集，能够对多种疾病进行诊断。但是，收集的气体易受患者个人因素的影响，其中吸烟影响较大，因此在进行气体收集前至少禁烟3 h。

呼吸气体收集的装置也会对呼吸样本造成影响，如管道、阀门等各种配件等[4]。一般来说，橡胶与塑料不适合用于气体样本收集装置的材质，橡胶与塑料均具有一定的挥发性，在气体样本收集过程中会对气体造成污染，导致检测结果受到影响。不锈钢、黄铜等材质，则比较适合用于气体样本收集装置的材质，其既不会出现挥发性，同时也具有较好的密封性，可确保气体的纯净，从而确保检测结果的准确性。此外，呼吸气体中会含有大量水蒸气，在凝结后，会对气体样本造成影响，导致分析结果出现较大的偏差。如样本中的凝结水会导致气色相普仪造成破坏，尤其是对毛细管柱的破坏较大，因此在对气体样本进行检测时，需将气体样本中的水蒸气进行处理，可采用低温法、吸附剂等方式，从而确保样本的有效性。

3 呼出气体检测与肺癌的诊断

3.1 呼出气一氧化氮(FeNO)检测与肺癌的诊断关系

徐恩五等[5]报道，选取经病理确诊的61例肺癌患者，其中鳞癌20例，非鳞癌41例，术前1周行FeNO检测及肺功能检查，并以51例健康人作为对照。结果显示，肺癌患者FeNO值显著高于健康人(P<0.05)，灵敏度为96.1%，特异度为67.2%。其中鳞癌患者FeNO值显著高于非鳞癌患者及健康人(P<0.05)，灵敏度为72.5%，特异度为57.2%。由此可见，在无呼吸道炎症性疾病情况下，肺癌患者的FeNO高于健康人，其中肺鳞癌患者更加明显，说明FeNO在肺癌诊断及鉴别诊断中具有一定的价值。刘鹏飞等[6]通过对164例肺癌患者的临床资料及FeNO检测结果等进行回顾性分析，将172名健康人作为对照组，结果显示肺癌患者FeNO值为33.85 ppb，高于健康人的16.80 ppb(P<0.05)。同时鳞癌、腺癌、小细胞癌及类癌患者FeNO值分别为39.85、32.94、38.95、24.48 ppb，两两比较差异有统计学意义(P<0.05)，提示肺癌患者FeNO值升高可作为诊断依据，同时还可对鳞癌进行初步鉴别。

3.2 呼出气冷凝液与肺癌的诊断关系

沈巨信等[7]对36例非小细胞肺癌患者与30名正常人群同时行呼出气冷凝液与血清检测，结果显示，非小细胞肺癌患者呼出气冷凝液与血清中癌胚抗原均显著高于正常人(P<0.05)，其中腺癌患者的癌胚抗原明显高于鳞癌患者(P<0.05)。根据TNM分期，Ⅲ—Ⅳ期患者呼出气冷凝液与血清中的癌胚抗原均明显高于Ⅰ—Ⅱ期患者及正常人，同时Ⅰ—Ⅱ期患者的癌胚抗原明显高于正常人(P<0.05)，说明非小细胞肺癌患者行呼出气冷凝液与血清癌胚抗原检测对肺癌的早期诊断有重要参考意义，同时可帮助临床医师进行分期判断。秦娥等[8]报道，选取小细胞肺癌患者30例，其中局限期14例，广泛期16例；非小细胞肺癌患者41例，其中鳞癌20例，腺癌21例。同时选取同期健康人30例。分别行呼出气冷凝液及血清检测，结果显示小细胞肺癌患者胃泌素释放肽前体水平高于非小细胞肺癌患者(P<0.05)，小细胞肺癌患者呼出气冷凝液中胃泌素释放肽前体水平高于非小细胞肺癌患者(P<0.05)。由此可见，行血清与呼出气冷凝液中胃泌素释放肽前体水平检测对肺癌诊断具有辅助价值，其中呼出气冷凝液中胃泌素释放肽前体水平检测可作为小细胞肺癌早期诊断的无创指标。

4 小结

呼吸气体在肺癌中的检测已经得到人们的关注与认可，在多个疾病领域诊断中均有研究[9-10]。呼吸气体的检测的特点主要为无创、安全。通过无创收集呼吸道内衬液，从而对患者肺部炎症以及氧化应激状态进行检查，及时发现异常情况，提高肺癌检出率，提升存活率。通过对肺癌患者呼吸气体中的VOCs进行测定，能够对肺癌实施早期诊断，还可帮助术后对患者随访观察。另外，在呼吸气体检测的过程中需要注意装置的密封性，确保样本不受到外界空气及细菌的污染，促使检测结果更为准确。同时尽量不要选择塑料、橡胶等装置品进行检测，避免装置挥发物质对检测效果造成影响。在检测前，需要对样本中的水蒸气排空，减少凝结后的水汽对样本中的检测物质造成破坏，提高检测效果。

呼吸气体分析已经逐渐得到人们的关注，与传统检测方式比较，具有较大的优势，如不会对患者造成损伤，以及能够进行反复测试等，且患者测试过程中不会出现任何不适感。同时呼吸气体样本中的VOCs能够对集体动脉血中的代谢物质进行一定的反应，可减少患者再次进行动脉血液检测，避免穿刺痛苦。另外，呼吸气体与尿液检测比较，能够直接提供信息，这是其他检测方式无法达到的，且呼吸气体还能够对机体内挥发的有毒物质进行动态监控，实时检测患者的病情发展。总之，呼吸气体检测为肺癌诊断提供了新的方法，比较其他检查方法，具有安全、无创的特点，今后如何将其与医学进行更好的结合仍需探究。