犬用于嗅探癌症等疾病的探索与研究进展综述

周肖鹏 高一龙

自20 世纪90 年代报道犬可以嗅出黑色素瘤以来，国际上对犬嗅探恶性肿瘤进行了大量的实验研究，结果显示癌症等恶性肿瘤患者的人体代谢气味，如呼出气体、体液以及排泄物中含有健康人不具有的特异性挥发气味，犬可以通过嗅闻皮肤、呼出气体、尿液、体液、血液中的气味，检测出肺癌、乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、黑色素瘤等疾病。2000 年以后，世界各国对于将犬应用于嗅探癌症等疾病开展了广泛深入的研究，取得一系列进展和成果，备受医学界和动物学界的关注。

一、犬的嗅觉机理和能力概述

犬拥有大约600 万个气味神经元，而每个神经元大约有25 个绒毛。一旦气味被神经元捕获，就会传到大脑内的神经组织球，这是犬专门用来处理嗅觉的神经组织。

对于人类来说，嗅探其实是一件非常笨拙的事情，我们将空气吸入我们的鼻腔，然后一遍一遍地从相同的孔中呼出，就算是检测气味了。然而，犬在吸入空气后是向后排出的，空气通过鼻子两侧的夹缝排出，吸入的空气并不会与呼出的空气混合，从而保证每次吸入的空气的纯净性和未稀释性，而最重要的是呼出空气的方向不仅仅是避开了新空气，还形成了气流，这样非常有助于将空气向上拉向鼻子，呼吸起来很轻松。当一头犬在研究新的气味的时候，它会非常快速地重复吸气，大约每秒5 次，气味会沿着鼻腔传到鼻甲骨，这是一个由黏膜覆盖的骨脊腔，面积非常大，能够在空气传入的时候进行加热和清洁。黏膜上布满了细细的绒毛，绒毛下面分布着数百万个气味受体的神经元，当空气被这些绒毛捕获，和气味神经元结合的时候，这些神经元就会被激活，然后犬就可以通过这些不同组合来认识、锁定或破译特定的气味。

与人类相比，犬的嗅觉大约是人类的40 倍，经过专门训练的犬能闻到5 米远、4.5 米深的水泥地下面埋的尸体，又或者能闻到2 千米外的鲸鱼，因为它们能闻到鲸鱼粪便的味道。犬的嗅觉之所以那么出色，是因为在几亿年中的生物进化中，犬进化出了用嗅觉辨识世界的能力。在犬的嗅觉中，世界是一个有气味的世界，万事万物每时每刻都在散发着气味，小到细菌，病毒也不外如是。尽管人类闻不到、了解不到犬所闻到的丰富层次和复杂信息，但是，通过科学研究和试验，人类却可以让犬的这一天赋在社会生活中发挥出重要作用。

二、犬用于嗅探癌症等疾病的探索及进展

在一次科学实验中，科学家们聚集了42 个患有肺癌的患者，以及1头通过1年训练的犬。这次实验的目的是要测试这头犬能不能找出患有肺癌的患者，以及能找出几个。起初，科学家向犬展示了肺癌的样本，让犬进行嗅探，然后把肺癌的样本和没有肺癌的样本放在一起，让犬进行寻找，找对后会给犬奖励它最爱吃的食物，找错了就没有。刚开始的时候，犬还不能很好地找出样本，但没有过多久，犬就能精准地找出肺癌样本，就这样，犬被训练1 年。实验的结果令人惊讶，犬竟然找出了41名患者，准确率高达97.6%。在医学界，肺癌在早期是很难通过仪器检测出来的，现在的血液检测也很难准确检测出来，一般检测出来的时候，肺癌都已经开始扩散了，由此可见这次的实验意义非凡。通过相同的方法，研究发现犬还能检测出其他的癌症和疾病，比如膀胱癌、乳腺癌、糖尿病和帕金森病。

目前，在权威性研究中，犬可以检测出前列腺癌和肺癌。2001年，英格兰的一头宠物犬检测出了皮肤癌，伦敦的两位皮肤病专家也曾在《柳叶刀》上分享一头犬嗅出了黑色素瘤病患的案例，这两个案例证明犬在其他类型恶性肿瘤的检测中也具有不同凡响的实力。

关于犬嗅探癌症的训练和研究，意大利人看似更为专业。意大利托斯卡纳的一个军事兽医中心和胡马尼塔斯临床研究所合作开展了一项研究，研究内容是：让经过训练的军犬通过人类尿液嗅出前列腺癌，他们是从军犬中择优选出并开展训练的。有4 头军犬受训后成为医学嗅探犬，通过嗅闻尿液样本判断是否存在癌症。在实验中，研究人员把采集到的可能患有癌症者的尿液冷藏后送到军犬基地，尿液解冻后先滴在棉球上，放入特殊的金属容器内，然后，将军犬牵入实验室，按顺序嗅闻样本。如果发现某份样本属于癌症患者，军犬就会采用在样本前坐下的方式示意研究人员。开展这项训练和研究的原理是，癌症细胞会产生一些可挥发物质，这些物质在尿液中会散发出特殊气味。研究结果是，受训后的军犬能识别前列腺癌、膀胱癌、肾癌、肺癌患者的尿样，还能嗅出黑色素瘤不同阶段的尿样，并且识别出一些尚未在医学检验后确诊的早期癌症。

本以为这就很神奇了，然而2014 年的《泌尿学杂志》月刊上出现了一项研究报告，报告内容表明：经过训练的军犬，经过2 次特训后，可以成功闻出前列腺癌。在这项研究测试中，表现最佳的犬其灵敏度和专注度分别达到100%和98%，这头犬甚至能够分辨癌症的发展阶段，即患者处于第几期。2015 年，“嗅癌犬项目”得到英国国民保健制度批准，进入试验阶段，一个慈善组织和凯恩斯医院合作，训练了9 头嗅癌犬，帮助辨别前列腺癌、肾癌、膀胱癌。实验结果表明，嗅癌犬的准确率达到了93%，这种只通过嗅闻尿液就可早期发现癌症的方法，其准确程度超过了目前临床上使用的血清检测法。

三、犬用于嗅探癌症等疾病的研究成果

2010 年起，公安部南京警犬研究所和山东省医科院附属医院合作的一项省级自然科学基金项目研究结果表明，癌症患者呼出的气体中含有烷类和苯类衍生物，若要精确地探测这些化合物，现有的各种化学方法都难以做到，而通过犬的灵敏嗅觉却可以识别，使用训练良好的犬筛查肺癌病患具有可行性，可以作为肺癌临床辅助诊断的有效方法。为了充分利用犬对肺癌病人气味鉴别阳性率，合理避开对健康人群的假阳性率，并且使出具的结论科学客观，在犬的使用上，先以1例确诊肺癌病人口腔呼出气体作为检验嗅源（标准气味），检验犬是否具备正常的工作状态；再用3 头犬分别对1例被检测者和5 例健康志愿者的口腔呼出气体进行对比鉴别，用3 头犬结论的百分率出具被检测者是否具有肺癌病患的筛查结果，以此阐述犬嗅闻癌症的使用方法以及讨论其可行性。研究发现：犬使用前检验其正常工作状态，具有实效性；气味提取的条件限制，不对犬辨别肺癌气味造成干扰，气味分组时保证同组中各气味提取、保存条件和时间相同，保证检验嗅源、送检物、配物三者气味的可比性；气味分组、送检物摆放位置随机，具有科学性；通过3 头犬未知筛查认定，用百分率出具结论，防止一锤定音，具有可判断性。条件允许，可以用多于3 头嗅癌犬对1名被检测者进行筛查，结论更科学客观。

然而为这类研究寻找到足够的癌症呼吸样本来训练犬，是具有挑战性和耗费大量资源的，因为病例和对照的样本必须在相同的位置以相同的方式收集，以避免引入干扰线索，并且在样本用于训练之前，必须准确知道样本状态（患者所处癌症的发展阶段）。因此，该领域的一些研究人员在训练犬识别癌症气味形成固定概念时，除了新鲜采集的样本，还特异性地重复使用了之前已经确诊的癌症样本气味。然而样本的重复使用可能会改变样品的化学成分，可能会在一定程度上影响犬的训练使用效果。虽然呼吸样本经常被重复用于肺癌的探测犬的研究，但关于样本重复使用对训练精确影响的信息有限。因此，确定这一因素的影响是极其重要的，以便研究人员可以对样本重复使用做出明智的决定。

2022 年，新西兰怀卡托大学科学院开展了一项“关于呼吸样本重复使用对肺癌的检测犬准确性影响”的科学研究，该项研究的目标是建立一种可以用来清晰的评估样本重复使用影响的方法，以及了解犬学习固化癌症气味样本概念的过程：这些样本可能是现在采集的样本，或者其他犬使用过的，或者犬以前从未接触过这些特定的样本。目前的研究结果表明，犬经过训练可以嗅闻人类呼吸样本来检测肺癌，在该研究所描述的条件下，肺癌呼吸样本至少可以重复使用3 次；样本重复使用频率对犬的敏感性有显著影响，且随着样本使用频率的增加而降低；重复使用频率也显著影响特异性，并随着样本使用频率的增加而增加；重复使用样本检验结果的准确性表明这些样本用于训练仍然有效。

但是这项研究也有一定的局限性，比如重复使用该样本之前的其他犬或其自身接触到样本所引入的潜在气味线索（与犬呼吸相关的挥发性有机物可能造成的污染），以及犬学习效应和样本退化效应的互相干扰，这两个因素并没有阐述清楚，仍有待进一步探索研究。