人体尿液挥发性有机物检测的研究进展

摘  要：本文主要以综述形式介绍了研究人员已发现的人体尿液挥发性有机物与人的消化系统、泌尿系统特别是泌尿系统肿瘤等某些疾病存在内在关联，概述了气相色谱—质谱法、选择性离子流管质谱法及电子鼻检测等目前常用的挥发性有机物检测技术原理、特点、优势和不足。旨在探寻通过先进的科学检测技术，将人体尿液挥发性有机物作为疾病早期筛查、预后诊断的技术前景。

关键词：人体尿液;挥发性有机物;检测技术

人体挥发性有机化合物VOCs（volatile organic compounds）是人体代谢物成分，一般分子形式较小，很多VOCs源于人的生理或病理反应，携带人体状况信息，被认为是人的气味指纹、气味印记，VOCs在人的呼气或人的尿液、汗液、粪便挥发气体中普遍存在。

人们研究发现，内源性挥发性有机物种类及浓度变化与疾病发生相关，例如，呼出的丙酮气味可能反映出潜在的糖尿病，鱼腥味表明有肝脏疾病，肾衰竭与患者尿液气味有关等[1]。挥发性有机物采集过程无创，如能实现快速、准确且高可靠性的挥发性有机物检测，或将成为疾病早期预警、识别及实时监控的重要生物标志物。

1 人体尿液VOCs作为疾病代谢标志物的研究进展

尿液是人体日常排泄物之一，具有代谢产物浓度高、易收集等特点，通过分析尿液挥发性有机物变化来初步诊断消化道、泌尿系统癌症或肠道疾病的患病生物标志物具备可能性。

1.1 尿液VOCs检测用于癌症早期筛查

尿液VOCs检测用于结直肠癌患者早期筛查。Silva等用气相色谱-质谱联用方法对比检测12例结直肠癌患者、21例健康人尿液样本的80余种挥发性有机物成分，发现有将近20种尿液VOCs成分呈现不同，Westenbrink等对采集的35例肠易激综合征患者、39例结直肠癌患者、18例健康人的尿液标本作挥发性有机物成分进行分析，分析结果表明，尿液挥发性有机物筛查结直肠癌的敏感度为78%，特异性为79%。

尿液VOCs检测用于肾癌患者早期筛查。HS-SPME为顶空固相微萃取技术。Monteiro等将HS-SPME技术与气相色谱-离子阱/质谱技术结合，优化技术方案，得到了甄别肾癌患者与健康人尿液样本的特异性尿液挥发性有机物代谢谱，另将30例肾癌患者、37例健康人尿液样本进行对照，对照结果表明，超过20种尿液挥发性有机物可说明患有肾癌。

尿液VOCs检测用于膀胱癌患者早期筛查[2]。Jobu等对9例膀胱癌患者、7例健康人尿液样本进行对照，采用气相色谱质谱联用分析，分析结果表明，膀胱癌患者尿液VOCs含五个明显表征峰值，检测结果具有作为膀胱癌诊断标志物的特异性。Willis等研究发现，膀胱癌患者的特异性挥发性有机物存于尿的顶部空间，并使用电子鼻检测验证了尿液顶空中存在重要的诊断性挥发性有机物，筛查敏感度和特异性均在70%左右。

1.2 尿液VOCs检测用于炎症性肠病诊断

炎症性肠病一般指溃疡性结肠炎或克罗恩病，这种疾病青少年患者居多，具有复发性、慢性等肠道疾病特征。一般需要在全麻情况下作内窥镜检查，检查前需通过鼻胃管作强化性肠道准备，对患者查来说，是负担较大的侵入性检查，如能找到新的、非侵入性的诊断标志物，对患者将大大减轻负担[3]。

ARASARADNAM等通过对引起炎症性肠病涉及细菌研究发现，这些细菌往往发酵体内多糖，产生特殊的挥发性有机物，并可通过尿液检测出来。ARASARADNAM等分别找到克罗恩病和溃疡性结肠炎患者各24例，通过与14个健康人对照，记录研究对象相应疾病的活动，并采集其尿液样本，采用电子鼻分析尿中的挥发性有机物，分析结果表明，电子鼻可以准确区分炎症性肠病患者和未患病人。

2 挥发性有机物的检测方法

常用的挥发性有机物检测技术有以下几种：

2.1 气相色谱—质谱法

气相色谱指利用被检测VOCs的流动相和固定相二者的分配系数有差别，能分离辨别，可定量地对被检测物组成成分进行分析;质谱法指使用专业的离子检测仪器，检测离子强度、质荷比等，得到质谱表，可定性地对被检测物组成成分进行分析[4]。测试时，需要将样品预处理及浓缩。气相色谱—质谱法重复性高，样品检测速度为10～45min/个样本，可对样品作定量、定性分析，需要专业技术人员进行操作，费用很高，同时因需要日常校准维护，维护费用也比较高。

2.2 选择性离子流管-质谱法

研究者使用如四极质谱仪的专业仪器，对规定质荷比值区间扫描作实时数据分析，得到前体、产物其二者的离子信号比率的比值，得到微量化合物的绝对浓度。不需要对样品进行特殊处理，不需要专业技术人员操作，样品检测速度为数秒～1min/个样本，检测能力可有效地分离挥发性有机物某些成分，但提供信息少，不能确定分子种类。检测费比GS-MS仪器费用高两倍，但因设备稳定、无需校准，因此维护费不高。

2.3 电子鼻技术

原理为通过用特定材料制成传感器，与挥发性有机物发生作用，检测差异分析挥发性有机物成分。与选择性离子流管质谱法一样，尿液样品无需特殊处理，不需要专业技术人员操作，电子鼻检测重复性高，但是不能分离具体的挥发性有机物成分，其检测费用较低，仪器设备易受环境干扰，维护费较低[5]。

3 小结

如果通过高效检测手段，对如癌症肿瘤等恶性疾病进行早期初筛，对提早介入治疗和降低患者病死率具有十分重要的意义。合理的疾病早筛方案应具备特异性、依从性、敏感性，同时兼备经济性、微创性。通过人体尿液挥发性有机物检测作为筛查方式，具备了早筛方案的上述特性。但利用挥发性有机物检查筛查也面臨诸多问题，比如高昂的检测费、缺少标准化操作流程、生物标志物不统一等。相信随着技术不断优化及人们对疾病早筛意识的提高，人体尿液挥发性有机物检测技术将作为某些消化系统、泌尿系统疾病早筛及辅助诊断的重要手段。

参考文献

[1]田俊杰，傅广候，陈枭翼，金百冶.挥发性有机化合物作为泌尿系恶性肿瘤诊治标志物的研究进展[J].肿瘤学杂志，2021，27（04）：299-304.

[2]陈炜.尿液检测技术在膀胱癌无创诊断中的研究进展[J].中山大学学报（医学科学版），2021，42（01）：1-10.

[3]郭泽尚，王磊，常志勇.电子鼻在肠道疾病诊断中应用的研究进展[J].吉林大学学报（医学版），2020，46（06）：1332-1337.

[4]郭颖韵，田山，董卫国.挥发性有机物检测在结直肠癌筛查中的研究进展[J].疑难病杂志，2020，19（05）：528-532.

[5]范蕴非，陈曦.呼出气挥发性有机物传感器在疾病诊断中的研究进展[J].中国公共卫生，2019，35（08）：1099-1104.

作者简介：

黄野，1986年1月，男，汉族，黑龙江省哈尔滨市，讲师，硕士研究生，研究方向：微纳传感器与智能检测