呼出氣體檢測在肺癌診斷中的應用研究進展

秦 鴻，張 偉

(1.南昌大學a.研究生院醫學部2011級； b.第一附屬醫院呼吸內科，南昌 330006；2.上饒市人民醫院呼吸與危重癥醫學科，江西 上饒 334000)

隨著環境污染的加重，肺癌發病率以及病死率均呈明顯上升的趨勢，男性發病率與病死率均占所有惡性腫瘤第1位，女性發病率及病死率均占第2位[1]。肺癌是對人群健康和生命威脅最大的惡性腫瘤之一，目前尚未有明確的病因。吸煙是導致肺癌的首要危險因素，90%肺癌患者發病率與吸煙有關，因此可結合吸煙史對患者病情進行初步診斷。另外，對肺癌早期診斷是提升治療效果的關鍵[2]。人體呼出氣有3大組成部分：氣體、水蒸氣、懸浮微粒，其構成主要是來自于空氣、機體細胞代謝、體內微生物代謝。在呼出氣體中有0.1%為痕跡氣體，其中CO2濃度最高，占空氣容積的0.03%～0.04%。雖然痕跡氣體濃度較低，但在呼吸過程中其成分與濃度均會發生明顯的改變。筆者就呼出氣體檢測在肺癌診斷中的應用研究進展作一綜述。

1 呼出氣體與肺癌的關系

在人類呼出氣體中超過1000種痕量有機化合物[從按體積計算百萬分之一(ppmv)濃度至萬億分之一的體積比(pptv)濃度范圍]已經逐漸被人們所認識，且這些痕量揮發性有機化合物與機體的代謝水平密切相關，可將機體內潛在疾病、藥物、污染物接觸史反映出來[2]。另外，呼吸氣體當中的烷烴類氣體寒涼與脂質過度氧化反應的活性之間具有密切聯系，且可作為脂質過氧化反應的標志物。呼出氣體中的揮發性有機化合物(VOCs)能夠有效反映出人體身體健康狀況及多種疾病的癥狀。隨著醫療技術的發展，呼出氣體檢測已經被臨床逐漸應用，其與常規檢測相比，更加簡單、方便，具有較好的準確性，且不會對患者造成任何損傷，安全性較高。陳璐等[3]報道，通過收集63例病理確診的肺癌患者與72例健康人的呼出氣體，前者作為觀察組，后者為對照組，采用電子鼻對呼出氣體中的VOCs進行檢測，結果顯示觀察組二級基甲烷、甲烷、乙醇、乙烷、十二烷、篙屬酮、側柏醇等VOCs濃度與對照組比較差異均有統計學意義(均P<0.05)；觀察組判對率為80.6%，對照組判對率為83.9%，同時觀察組特異度為74.0%，對照組特異度為93.0%。由此可見，呼出氣體中的VOCs組成及濃度能夠對機體的特定疾病狀態與代謝狀態進行有效反映，建立呼出氣體VOCs數據庫，對肺癌診斷具有重要的價值。

2 呼出氣體的收集及其裝置

對于健康個體，前半部分的呼出氣體(約150 mL)來自于上呼吸道，與血液之間沒有進行氣體交換，是“靜區”氣體；后一部分的呼出氣體(約350 mL)來自于肺泡，與血液進行了氣體交換，是“肺泡”氣體。根據氣體來源，呼出氣體的收集可分為三種:1)靜區氣體收集(上呼吸道NO收集；2)肺泡收集(純粹的肺泡氣體收集)；3)混合氣體收集(總呼出氣體,包括靜區氣體和肺泡氣體)。呼出氣冷凝液(EBC)，因其可無創收集呼吸道內襯液，同時可反映肺部炎癥及氧化應激狀態，在近幾年備受關注。在患者正常呼吸時，通過簡單冷凝裝置對其及進行收集，相較于有創的收集方式，更容易被患者接受。另外，通過對患者呼吸氣體進行收集，能夠對多種疾病進行診斷。但是，收集的氣體易受患者個人因素的影響，其中吸煙影響較大，因此在進行氣體收集前至少禁煙3 h。

呼吸氣體收集的裝置也會對呼吸樣本造成影響，如管道、閥門等各種配件等[4]。一般來說，橡膠與塑料不適合用于氣體樣本收集裝置的材質，橡膠與塑料均具有一定的揮發性，在氣體樣本收集過程中會對氣體造成污染，導致檢測結果受到影響。不銹鋼、黃銅等材質，則比較適合用于氣體樣本收集裝置的材質，其既不會出現揮發性，同時也具有較好的密封性，可確保氣體的純凈，從而確保檢測結果的準確性。此外，呼吸氣體中會含有大量水蒸氣，在凝結后，會對氣體樣本造成影響，導致分析結果出現較大的偏差。如樣本中的凝結水會導致氣色相普儀造成破壞，尤其是對毛細管柱的破壞較大，因此在對氣體樣本進行檢測時，需將氣體樣本中的水蒸氣進行處理，可采用低溫法、吸附劑等方式，從而確保樣本的有效性。

3 呼出氣體檢測與肺癌的診斷

3.1 呼出氣一氧化氮(FeNO)檢測與肺癌的診斷關系

徐恩五等[5]報道，選取經病理確診的61例肺癌患者，其中鱗癌20例，非鱗癌41例，術前1周行FeNO檢測及肺功能檢查，并以51例健康人作為對照。結果顯示，肺癌患者FeNO值顯著高于健康人(P<0.05)，靈敏度為96.1%，特異度為67.2%。其中鱗癌患者FeNO值顯著高于非鱗癌患者及健康人(P<0.05)，靈敏度為72.5%，特異度為57.2%。由此可見，在無呼吸道炎癥性疾病情況下，肺癌患者的FeNO高于健康人，其中肺鱗癌患者更加明顯，說明FeNO在肺癌診斷及鑒別診斷中具有一定的價值。劉鵬飛等[6]通過對164例肺癌患者的臨床資料及FeNO檢測結果等進行回顧性分析，將172名健康人作為對照組，結果顯示肺癌患者FeNO值為33.85 ppb，高于健康人的16.80 ppb(P<0.05)。同時鱗癌、腺癌、小細胞癌及類癌患者FeNO值分別為39.85、32.94、38.95、24.48 ppb，兩兩比較差異有統計學意義(P<0.05)，提示肺癌患者FeNO值升高可作為診斷依據，同時還可對鱗癌進行初步鑒別。

3.2 呼出氣冷凝液與肺癌的診斷關系

沈巨信等[7]對36例非小細胞肺癌患者與30名正常人群同時行呼出氣冷凝液與血清檢測，結果顯示，非小細胞肺癌患者呼出氣冷凝液與血清中癌胚抗原均顯著高于正常人(P<0.05)，其中腺癌患者的癌胚抗原明顯高于鱗癌患者(P<0.05)。根據TNM分期，Ⅲ—Ⅳ期患者呼出氣冷凝液與血清中的癌胚抗原均明顯高于Ⅰ—Ⅱ期患者及正常人，同時Ⅰ—Ⅱ期患者的癌胚抗原明顯高于正常人(P<0.05)，說明非小細胞肺癌患者行呼出氣冷凝液與血清癌胚抗原檢測對肺癌的早期診斷有重要參考意義，同時可幫助臨床醫師進行分期判斷。秦娥等[8]報道，選取小細胞肺癌患者30例，其中局限期14例，廣泛期16例；非小細胞肺癌患者41例，其中鱗癌20例，腺癌21例。同時選取同期健康人30例。分別行呼出氣冷凝液及血清檢測，結果顯示小細胞肺癌患者胃泌素釋放肽前體水平高于非小細胞肺癌患者(P<0.05)，小細胞肺癌患者呼出氣冷凝液中胃泌素釋放肽前體水平高于非小細胞肺癌患者(P<0.05)。由此可見，行血清與呼出氣冷凝液中胃泌素釋放肽前體水平檢測對肺癌診斷具有輔助價值，其中呼出氣冷凝液中胃泌素釋放肽前體水平檢測可作為小細胞肺癌早期診斷的無創指標。

4 小結

呼吸氣體在肺癌中的檢測已經得到人們的關注與認可，在多個疾病領域診斷中均有研究[9-10]。呼吸氣體的檢測的特點主要為無創、安全。通過無創收集呼吸道內襯液，從而對患者肺部炎癥以及氧化應激狀態進行檢查，及時發現異常情況，提高肺癌檢出率，提升存活率。通過對肺癌患者呼吸氣體中的VOCs進行測定，能夠對肺癌實施早期診斷，還可幫助術后對患者隨訪觀察。另外，在呼吸氣體檢測的過程中需要注意裝置的密封性，確保樣本不受到外界空氣及細菌的污染，促使檢測結果更為準確。同時盡量不要選擇塑料、橡膠等裝置品進行檢測，避免裝置揮發物質對檢測效果造成影響。在檢測前，需要對樣本中的水蒸氣排空，減少凝結后的水汽對樣本中的檢測物質造成破壞，提高檢測效果。

呼吸氣體分析已經逐漸得到人們的關注，與傳統檢測方式比較，具有較大的優勢，如不會對患者造成損傷，以及能夠進行反復測試等，且患者測試過程中不會出現任何不適感。同時呼吸氣體樣本中的VOCs能夠對集體動脈血中的代謝物質進行一定的反應，可減少患者再次進行動脈血液檢測，避免穿刺痛苦。另外，呼吸氣體與尿液檢測比較，能夠直接提供信息，這是其他檢測方式無法達到的，且呼吸氣體還能夠對機體內揮發的有毒物質進行動態監控，實時檢測患者的病情發展。總之，呼吸氣體檢測為肺癌診斷提供了新的方法，比較其他檢查方法，具有安全、無創的特點，今后如何將其與醫學進行更好的結合仍需探究。