人體尿液揮發性有機物檢測的研究進展

摘 ?要：本文主要以綜述形式介紹了研究人員已發現的人體尿液揮發性有機物與人的消化系統、泌尿系統特別是泌尿系統腫瘤等某些疾病存在內在關聯，概述了氣相色譜—質譜法、選擇性離子流管質譜法及電子鼻檢測等目前常用的揮發性有機物檢測技術原理、特點、優勢和不足。旨在探尋通過先進的科學檢測技術，將人體尿液揮發性有機物作為疾病早期篩查、預后診斷的技術前景。

關鍵詞：人體尿液;揮發性有機物;檢測技術

人體揮發性有機化合物VOCs（volatile organic compounds）是人體代謝物成分，一般分子形式較小，很多VOCs源于人的生理或病理反應，攜帶人體狀況信息，被認為是人的氣味指紋、氣味印記，VOCs在人的呼氣或人的尿液、汗液、糞便揮發氣體中普遍存在。

人們研究發現，內源性揮發性有機物種類及濃度變化與疾病發生相關，例如，呼出的丙酮氣味可能反映出潛在的糖尿病，魚腥味表明有肝臟疾病，腎衰竭與患者尿液氣味有關等[1]。揮發性有機物采集過程無創，如能實現快速、準確且高可靠性的揮發性有機物檢測，或將成為疾病早期預警、識別及實時監控的重要生物標志物。

1 人體尿液VOCs作為疾病代謝標志物的研究進展

尿液是人體日常排泄物之一，具有代謝產物濃度高、易收集等特點，通過分析尿液揮發性有機物變化來初步診斷消化道、泌尿系統癌癥或腸道疾病的患病生物標志物具備可能性。

1.1 尿液VOCs檢測用于癌癥早期篩查

尿液VOCs檢測用于結直腸癌患者早期篩查。Silva等用氣相色譜-質譜聯用方法對比檢測12例結直腸癌患者、21例健康人尿液樣本的80余種揮發性有機物成分，發現有將近20種尿液VOCs成分呈現不同，Westenbrink等對采集的35例腸易激綜合征患者、39例結直腸癌患者、18例健康人的尿液標本作揮發性有機物成分進行分析，分析結果表明，尿液揮發性有機物篩查結直腸癌的敏感度為78%，特異性為79%。

尿液VOCs檢測用于腎癌患者早期篩查。HS-SPME為頂空固相微萃取技術。Monteiro等將HS-SPME技術與氣相色譜-離子阱/質譜技術結合，優化技術方案，得到了甄別腎癌患者與健康人尿液樣本的特異性尿液揮發性有機物代謝譜，另將30例腎癌患者、37例健康人尿液樣本進行對照，對照結果表明，超過20種尿液揮發性有機物可說明患有腎癌。

尿液VOCs檢測用于膀胱癌患者早期篩查[2]。Jobu等對9例膀胱癌患者、7例健康人尿液樣本進行對照，采用氣相色譜質譜聯用分析，分析結果表明，膀胱癌患者尿液VOCs含五個明顯表征峰值，檢測結果具有作為膀胱癌診斷標志物的特異性。Willis等研究發現，膀胱癌患者的特異性揮發性有機物存于尿的頂部空間，并使用電子鼻檢測驗證了尿液頂空中存在重要的診斷性揮發性有機物，篩查敏感度和特異性均在70%左右。

1.2 尿液VOCs檢測用于炎癥性腸病診斷

炎癥性腸病一般指潰瘍性結腸炎或克羅恩病，這種疾病青少年患者居多，具有復發性、慢性等腸道疾病特征。一般需要在全麻情況下作內窺鏡檢查，檢查前需通過鼻胃管作強化性腸道準備，對患者查來說，是負擔較大的侵入性檢查，如能找到新的、非侵入性的診斷標志物，對患者將大大減輕負擔[3]。

ARASARADNAM等通過對引起炎癥性腸病涉及細菌研究發現，這些細菌往往發酵體內多糖，產生特殊的揮發性有機物，并可通過尿液檢測出來。ARASARADNAM等分別找到克羅恩病和潰瘍性結腸炎患者各24例，通過與14個健康人對照，記錄研究對象相應疾病的活動，并采集其尿液樣本，采用電子鼻分析尿中的揮發性有機物，分析結果表明，電子鼻可以準確區分炎癥性腸病患者和未患病人。

2 揮發性有機物的檢測方法

常用的揮發性有機物檢測技術有以下幾種：

2.1 氣相色譜—質譜法

氣相色譜指利用被檢測VOCs的流動相和固定相二者的分配系數有差別，能分離辨別，可定量地對被檢測物組成成分進行分析;質譜法指使用專業的離子檢測儀器，檢測離子強度、質荷比等，得到質譜表，可定性地對被檢測物組成成分進行分析[4]。測試時，需要將樣品預處理及濃縮。氣相色譜—質譜法重復性高，樣品檢測速度為10～45min/個樣本，可對樣品作定量、定性分析，需要專業技術人員進行操作，費用很高，同時因需要日常校準維護，維護費用也比較高。

2.2 選擇性離子流管-質譜法

研究者使用如四極質譜儀的專業儀器，對規定質荷比值區間掃描作實時數據分析，得到前體、產物其二者的離子信號比率的比值，得到微量化合物的絕對濃度。不需要對樣品進行特殊處理，不需要專業技術人員操作，樣品檢測速度為數秒～1min/個樣本，檢測能力可有效地分離揮發性有機物某些成分，但提供信息少，不能確定分子種類。檢測費比GS-MS儀器費用高兩倍，但因設備穩定、無需校準，因此維護費不高。

2.3 電子鼻技術

原理為通過用特定材料制成傳感器，與揮發性有機物發生作用，檢測差異分析揮發性有機物成分。與選擇性離子流管質譜法一樣，尿液樣品無需特殊處理，不需要專業技術人員操作，電子鼻檢測重復性高，但是不能分離具體的揮發性有機物成分，其檢測費用較低，儀器設備易受環境干擾，維護費較低[5]。

3 小結

如果通過高效檢測手段，對如癌癥腫瘤等惡性疾病進行早期初篩，對提早介入治療和降低患者病死率具有十分重要的意義。合理的疾病早篩方案應具備特異性、依從性、敏感性，同時兼備經濟性、微創性。通過人體尿液揮發性有機物檢測作為篩查方式，具備了早篩方案的上述特性。但利用揮發性有機物檢查篩查也面臨諸多問題，比如高昂的檢測費、缺少標準化操作流程、生物標志物不統一等。相信隨著技術不斷優化及人們對疾病早篩意識的提高，人體尿液揮發性有機物檢測技術將作為某些消化系統、泌尿系統疾病早篩及輔助診斷的重要手段。

參考文獻

[1]田俊杰，傅廣候，陳梟翼，金百冶.揮發性有機化合物作為泌尿系惡性腫瘤診治標志物的研究進展[J].腫瘤學雜志，2021，27（04）：299-304.

[2]陳煒.尿液檢測技術在膀胱癌無創診斷中的研究進展[J].中山大學學報（醫學科學版），2021，42（01）：1-10.

[3]郭澤尚，王磊，常志勇.電子鼻在腸道疾病診斷中應用的研究進展[J].吉林大學學報（醫學版），2020，46（06）：1332-1337.

[4]郭穎韻，田山，董衛國.揮發性有機物檢測在結直腸癌篩查中的研究進展[J].疑難病雜志，2020，19（05）：528-532.

[5]范蘊非，陳曦.呼出氣揮發性有機物傳感器在疾病診斷中的研究進展[J].中國公共衛生，2019，35（08）：1099-1104.

作者簡介：

黃野，1986年1月，男，漢族，黑龍江省哈爾濱市，講師，碩士研究生，研究方向：微納傳感器與智能檢測