呼出氣一氧化氮檢測及其臨床意義研究進展

呂福云，杜聞博，佟淑平，巴圖烏力吉

氣道炎性疾病是一類常見病、多發病、慢性病，鑒別對激素敏感的嗜酸粒細胞性氣道炎癥性質〔如哮喘、嗜酸粒細胞性支氣管炎、部分慢性阻塞性肺疾病(COPD)等〕對臨床早期診斷、鑒別診斷、選擇用藥、調整激素劑量、預測病情變化及判斷預后等均具有重要意義。支氣管黏膜活檢是診斷氣道炎性疾病的“金標準”，但因其有創而無法普遍開展;而傳統的依靠癥狀、體征及肺功能檢查等判斷氣道炎癥性質存在諸多不足及較大局限性。

自1991 年國外學者首次報道呼出氣一氧化氮(FENO)可用于診斷氣道炎性疾病以來，大量實驗研究和臨床研究均證實嗜酸粒細胞性氣道炎癥患者在出現癥狀之前就存在炎性細胞分泌NO 增多現象，且NO 分泌量與氣道炎癥嚴重程度呈正相關，FENO 濃度增高常提示對激素治療敏感，但持續升高則提示治療無效、病情惡化或有可能復發，治療有效時FENO 濃度則以劑量依賴方式快速減少。大氣環境中NO 濃度很高，是氣道NO 濃度的數百至上千倍，因此美國胸科協會/歐洲呼吸協會(ATS/ERS)要求測定FENO 濃度過程中必須完全濾除外源性NO，且FENO 具有流速依賴性，呼出氣流速應維持在50 ml/s 左右，檢測技術及設備應具備全面質控條件并遵循標準操作程序(SOP)進行操作。目前，臨床上已廣泛采用經批準上市的標準化技術、設備檢測FENO，具有結果精確、數據可靠、重復性好等優點，是一種理想的氣道炎性疾病無創檢查技術［1］。

1 FENO 發展史

自1991 年國外學者首先發現并證實人與動物呼氣中存在NO 以來，FENO 檢測技術已歷經20 多年發展歷史。FENO 是在一氧化氮合酶(NOS)作用下由氣道細胞分泌的［2］，最可能來源于上皮細胞而非內皮細胞，最可能來源于氣道而非肺泡［3］。Alving 等［4］在1993 年研究發現，哮喘患者FENO 濃度明顯高于正常人，且接受糖皮質激素治療后FENO 濃度明顯降低，兒童哮喘患者中也有類似現象。之后，眾多研究發現FENO 濃度與肺泡灌洗、誘導痰、支氣管激發試驗結果等具有高度關聯，可用于檢測多種呼吸道及非呼吸道疾病［5］，但也有學者對FENO 檢測的準確性、重復性、一致性存在質疑與爭論，因此，1993—2005 年可謂FENO 檢測技術發展階段。2003 年，美國食品和藥物管理局(FDA)批準FENO 檢測產品上市，2005 年ATS/ERS 聯合公布了FENO 檢測技術標準指南，使之前的質疑與爭論告一段落。在此期間，在歐美地區一片將FENO 檢測用于常規臨床檢測項目的呼吁聲中，歐美權威醫學組織重點組織了多項大規模臨床試驗以驗證FENO 是否可以結合甚至取代肺功能檢查而用于常規臨床檢測。2005—2010年，關于FENO 檢測的爭論主要集中于FENO 檢測對哮喘的診斷價值及臨床管理指導價值。因此，ATS/ERS 在2009 年下半年連續多次聯合發表共識、聲明，在2010 年又制定了新的FENO 檢測技術標準指南，規范了FENO 檢測臨床應用范圍及檢測技術標準，自此，對FENO 的質疑與爭論再次告一段落，并標志著FENO 開始成為常規臨床檢測項目。

2 FENO 濃度與氣道炎性疾病

FENO 濃度與特異性反應、支氣管高反應性、支氣管舒張可逆性密切相關，還與哮喘患者血液、痰液、黏液、支氣管肺泡灌洗液(BAL)中嗜酸粒細胞數量、IgE 濃度相關［6］。經抗感染治療或氣道炎癥改善后，FENO 濃度很快降低，但氣道炎癥加重時FENO 濃度則升高，FENO 平臺期很短但不一定與痰液嗜酸粒細胞數量變化平行［7］。此外，特異性反應、過敏性鼻炎、無哮喘嗜酸粒細胞性支氣管炎、肝肺綜合征、肝硬化、急/慢性肺移植排斥反應、呼吸道病毒感染患者FENO 濃度明顯升高;原發性纖毛運動障礙(PCD)、HIV 感染、急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)、肺動脈高血壓患者FENO 濃度明顯降低;但COPD、纖維化性肺炎、支氣管擴張、類肉狀瘤病、系統性硬化病、囊性纖維化(CF)患者FENO 濃度是升高還是降低還不確定。目前，FENO 檢測已被用作嗜酸粒細胞性氣道炎癥標志物與“炎癥計”、哮喘“預警器”、抗感染藥物劑量與療效“指示劑”、炎性疾病控制管理效果“監控器”。

3 FENO 檢測方法

FENO 檢測不僅具有無創、安全、快速、可靠等優點，還具有分子診斷所特有的“早期性、預測性、預后性”等優點［8］。目前國際上統一采用的FENO 濃度計量單位為ppb (1 ppb=1 ×10－9mol/L)，檢測方式為一口氣持續氣流技術，具體操作如下:受試者采取端坐位，將肺內氣體盡量呼出后以口唇包緊過濾器，用嘴吸氣2 ～3 s 達肺總量(TLC)或接近TLC，然后以均勻的流速通過過濾器慢慢呼氣，呼氣時間維持在10 s左右，平均呼氣流速為50 ml/s，采用NO 測定儀記錄呼氣過程中至少3 s 恒定不變FENO 濃度;受試者需重復檢測3 次獲得位于檢測程序、計算程序、重復性規定限度內FENO 濃度(允許誤差＜10%)，最后計算出3 次檢測的平均值作為最終檢測結果［9］。

4 FENO 濃度參考范圍

目前，國際上對于FENO 濃度的參考范圍仍存在一些爭議。Liu 等［10］對249 例不吸煙臺灣健康成人進行FENO 檢測發現，其FENO 濃度平均為27.9 ppb (12.5 ～58.0 ppb)，其中女性為29.9 ppb (13.1 ～68.9 ppb)、男性為25.5 ppb (11.9～51.8 ppb);進一步行多因素回歸分析發現，年齡、肺功能與FENO 濃度呈正相關，性別、身高、體質量、外周血NO 水平與FENO 濃度無明顯相關。一般情況下，FENO 濃度＞35 ppb、有呼吸道癥狀而未使用過激素治療者可考慮哮喘，如已接受吸入型糖皮質激素(ICS)治療的哮喘患者仍有持續性癥狀、FENO 濃度＞35 ppb 則提示可能存在特異性反應、持續性氣道炎癥或治療依從性差［11］。

4.1 參考范圍 成人FENO 濃度＜10 ppb 為降低，考慮PCD、CF;成人FENO 濃度10 ～35 ppb、不吸煙成人FENO 濃度24～54 ppb、兒童FENO 濃度5 ～25 ppb 為正常;不吸煙成人FENO 濃度上限與年齡 (y，歲)、身高 (h，cm)有關，其FENO 濃度上限=exp (0.057 +0.013h +0.0088y)，非過敏不吸煙成人FENO 濃度上限= exp (－ 0.0026 + 0.013h +0.010y);成人FENO 濃度＞35 ppb 為升高。一般情況下，成人和兒童FENO 濃度大于或小于參考范圍4 ppb 即可認為是異常。

4.2 重復性 FENO 檢測組內相關系數(ICC)在成人和兒童中均為0.94，且無“學習效應”及晝夜變化，重復性系數為(2.10 ±1.25)。

4.3 診斷哮喘 ＜7 歲的學齡前兒童FENO 濃度＞10 ppb 時診斷哮喘的靈敏度為86%，特異度為92%，陽性預測值為78%，陰性預測值為95%;成人FENO 濃度≥20 ppb 時診斷哮喘的靈敏度為88%，特異度為79%，陽性預測值為70%，陰性預測值為92%;針對美國空軍的一項研究結果顯示，FENO濃度＞20 ppb 時診斷哮喘的靈敏度為53%，特異度為68%，陽性預測值為87%，陰性預測值為26%。

4.4 治療監測 成人哮喘患者FENO 濃度＞47 ppb (200 ml/s)，第一秒用力呼氣末容積(FEV1)升高超過12%時，單磷酸腺苷(AMP)治療劑量應提高兩倍;成人哮喘患者FENO濃度＜35 ppb，且哮喘復發率控制在49%以下〔全球哮喘防治倡議(GINA)推薦控制在90%以下〕時，ICS 劑量可減少;兒童哮喘患者FENO 濃度＜30 ppb，在ICS 劑量維持不變情況下，氣道高反應性(AHR)可明顯改善。

4.5 預測病情失控 兒童哮喘患者FENO 濃度＞22 ppb 時預測病情失控的靈敏度為79%，特異度為69%，陽性預測值為53%，陰性預測值為92%; ＞35 ppb 時預測病情失控的靈敏度為71%，特異度為93%，陽性預測值為71%，陰性預測值為93%。

4.6 預測哮喘復發 ICS 減少或停用4 周內，成人哮喘患者FENO 濃度＞50 ppb、兒童哮喘患者＞49 ppb 時，其哮喘復發率等于相應的陽性預測值。

5 FENO 檢測的臨床意義

5.1 哮喘 FENO 檢測可用于診斷哮喘，但病毒感染等引起FENO 濃度升高時可能導致假陽性結果，因此，FENO 檢測適用于有慢性癥狀(持續時間＞6 周)哮喘患者。FENO 檢測診斷哮喘的靈敏度與特異度為80% ～90%，其診斷價值優于肺功能檢查。病情不是十分嚴重的哮喘患者在癥狀、肺功能指標出現異常之前已存在FENO 濃度升高，且FENO 濃度與氣道炎癥嚴重程度呈正相關，此時其診斷哮喘的靈敏度與支氣管鏡下黏膜活檢或支氣管激發試驗相當。由于激素治療哮喘靈敏、快速，因此，使用激素治療的哮喘患者肺功能檢查基本正常，按照FENO ＞33 ppb 和FEV1＜80%的標準可使診斷哮喘的靈敏度與特異度分別提高到94%與93%;非過敏性患者依靠傳統檢查方法常提示哮喘，但FENO 檢測正常，此時不能排除哮喘可能，還需要檢測AHR。總之，哮喘類型復雜多樣，FENO 檢測只能“哮喘族群”的“一族”，FENO 檢測在哮喘中的應用主要包括以下幾個方面［11－13］: (1)協助早期診斷與鑒別診斷;(2)評估哮喘患者氣道炎癥嚴重程度;(3)評價藥物治療效果;(4)預測對首選治療藥物——激素的依從性; (5)為調整藥物劑量、制訂最佳治療方案提供參考;(6)預測哮喘發作。

5.2 非特異性呼吸系統疾病 FENO 檢測也可用于非特異性或非診斷性慢性呼吸系統疾病的鑒別診斷，主要包括嗜酸粒細胞性支氣管炎、咳嗽變異性哮喘、支氣管高氣道反應、鼻后滴漏綜合征、胃食管反流病、發音功能障礙、原發性換氣綜合征、COPD 及兒童喘息性支氣管炎、CF、氣道及肺部異常、PCD 等。此外，FENO 檢測也可用于非特異性呼吸系統疾病治療效果的監測:嗜酸粒細胞性支氣管炎及咳嗽變異性哮喘患者FENO 濃度均升高，采用ICS 治療后會降低。FENO 檢測還有一定的“糾錯”作用:許多被診斷為哮喘或采用ICS 治療無效者FENO 濃度均較低，如兒童發音功能障礙被誤診為“哮喘”并采用ICS 治療無效者FENO 濃度常較低。

5.3 學齡前兒童 肺功能檢查及誘導痰檢測均不適用于學齡前兒童，可考慮FENO 檢測，但目前的學齡前兒童FENO 檢測技術仍存在一些問題，如學齡前兒童很難控制FENO 檢測標準要求的呼氣流量、壓力及時間等，雖然近年研究已取得了一些成果，但離臨床應用還有一定差距。

5.4 過敏反應 無論是否存在嚴重呼吸道疾病，過敏反應均會引起FENO 濃度升高，且FENO 濃度與抗體性、IgE 濃度高度關聯，也就是說無呼吸道疾病的過敏患者FENO 濃度也會升高，因此有人認為FENO 檢測可能僅限于檢測過敏患者，但事實并非如此。首先，并非所有過敏均可由皮膚穿刺檢測而明確，也就是說，由此斷定的“非過敏”可能存在假陰性結果(FENO 濃度升高并非均由過敏引起);其次，慢性呼吸道疾病患者FENO 正常或降低常提示并非過敏造成，可幫助鑒別病因。臨床實踐中如遇到過敏反應引起FENO 濃度升高患者，應結合病史進行診斷與治療。

5.5 COPD COPD 患者FENO 濃度是升高還是正常目前還未達成共識，因COPD 與吸煙、炎癥密切相關，而吸煙可抑制FENO 生成，炎癥可導致FENO 濃度升高。最新研究發現，是肺泡而非氣道FENO 濃度與COPD 高度關聯，可用于診斷COPD，但肺泡FENO 檢測技術難度大，臨床普遍開展難度較大。而對于哮喘及COPD，或許最重要的不是診斷的準確性，而是能否預測病情發展或監測抗感染藥物療效，目前研究已證實FENO 具有這方面應用價值，但仍需進一步研究驗證。

5.6 CF 有研究表明CF 患者FENO 濃度低于參考范圍，但尚未獲得用于臨床診斷許可。

5.7 PCD PCD 患者FENO 濃度遠低于參考范圍，且PCD 患者鼻呼出一氧化氮(nNO)濃度更低，基本上可以排除其他疾病，因此nNO 檢測極有可能成為PCD 的首選篩查方法(現已經被ATS/ERS 正式推薦)。研究表明，nNO 檢測診斷PCD的靈敏度為89% ～100%，特異度為97% ～100%。值得注意的是，接近PCD 患者FENO 參考值上限的測定值需鑒別支氣管擴張癥或鼻竇炎等。

5.8 肺移植 肺移植術后肺功能差或不穩定患者通常表現為FENO 濃度升高。

6 FENO 檢測新進展

6.1 NO 分泌模型 大量研究表明，FENO 濃度與呼氣流速有很強的依賴關系，最新研究認為，可用氣道模型和肺泡模型來測量肺內NO 濃度，其中肺泡模型用單一參數來描述，即Calv、Falv 或ss (ppb 或mm Hg)，氣道模型用兩個參數來描述，即氣道彌散量〔DawNO (mlNO/s/mm Hg 或mlNO/s/ppb)〕和氣管壁濃度(或稱氣管壁通量，CawNO 或FawNO)。這兩種模型的潛在應用價值包括兩個方面:(1)區分病變是來自氣道還是肺泡; (2)參數不依賴于呼氣流量，可用不同方法進行多流量測量，因此其可以鑒別健康受測者NO 代謝情況，也能鑒別一些疾病，包括哮喘［14］、過敏性肺炎、CF、皮硬化、過敏性鼻炎、COPD，還可用于機械通氣患者及嬰兒［15］。雖然應用前景廣闊，但目前關于NO 分泌模型的研究還處于研發階段。

6.2 機械通氣患者FENO 檢測 FENO 檢測在危重患者和機械通氣患者中的應用機會與挑戰并存，目前FENO 檢測已被推薦作為感染、貧血、嚴重肺損傷及局部缺血癥狀的診斷手段，在線、離線以及二者聯用的方法已作為重癥患者的診斷手段。

6.3 危重患者潮式呼吸NO 在線檢測 在一次呼吸過程中，通過在恒定的流量下持續取樣，將在線方法與快速響應的化學發光分析儀相結合能夠測量危重患者潮式呼吸NO 濃度，同時記錄二氧化碳濃度可能有助于數據分析和處理，但應注意管道取樣的特殊性、NO 特性、二氧化碳及流量測量、化學發光儀響應時間及時間延遲等因素。

6.4 危重患者憋氣時NO 在線檢測 危重患者憋氣時NO 在線檢測操作簡單，或許對危重患者有較高的應用價值，特別是對于潮式呼吸受限患者。

6.5 危重患者混合氣中NO 分析 危重患者混合氣中NO 分析需將混合室接在出氣口上，采用NO 分析儀進行實時取樣，這種檢測方法允許患者多次呼吸取平均值，避免了二氧化碳和NO 測量間的延時問題。

6.6 危重患者NO 離線檢測 NO 離線檢測較在線檢測有許多優勢，其中最大的優勢就是可以在與跟取樣不同的時間和不同的地點進行分析，并不依賴患者呼氣時間。NO 離線檢測的氣體收集方法有多種，單次呼氣和多次呼氣都可以分析。目前，NO 離線檢測的氣體收集方法還沒有統一標準，因此采用不同方法收集的NO 濃度變化很大，還有以下幾個方面需要進一步深入研究:(1)機械通氣危重患者的FENO 檢測問題; (2)FENO 分析方法標準化;(3)FENO 潛在應用價值、疾病管理及治療效果評價。

7 小結與展望

綜上所述，FENO 檢測在診斷哮喘，預測激素治療依從性及判定療效，鑒別PCD、CF、系統性硬化，評估肺移植效果等方面均具有較高的臨床應用價值，FENO 檢測提供的信息是病史、體格檢查及肺功能檢查等所不能提供的，有助于提高臨床醫師對氣道炎性疾病診治水平，或許能將臨床對氣道炎性疾病的管理水平提高到一個新的高度。

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