周輝-呼出氣體中VOCs檢測在疾病早期篩查中的應(yīng)用課件

呼出氣體中VOCs檢測在疾病早期篩查中的應(yīng)用

周輝

研究員北京大學醫(yī)學部呼出氣體檢測背景

在中國古時候人們已認識到，人的尿液中逸出的氣體或呼吸產(chǎn)生的氣味可以幫助診斷疾病傳統(tǒng)中醫(yī)的“聞”，指聽聲音和聞口氣腐臭味——胃熱所致，多為口腔、消化道病人;酸餿味——進食過多，消化不良;腥臭味——肺膿腫、支氣管擴張合并感染等；尿臊味——腎功能衰竭，不能正常排泄廢物；爛蘋果味——多半患有糖尿?。豢久姘丁哒顐颊?；鼠臭味——肝臟有病，多見于肝功能嚴重損害病人；大蒜味——有機磷農(nóng)藥中毒，誤服滅鼠藥磷化鋅者；灰塵味——嚴重的營養(yǎng)失調(diào)；20世紀60年代，開始探索用現(xiàn)代分析儀器來代替具有精密化學測量功能的人體感官，對人體產(chǎn)生的氣體或氣味進行分析鑒定呼出氣體檢測背景

氣體成分%氮氣氧氣二氧化碳水蒸氣其它吸入氣體%78210.030.010.96呼出氣體%7816.44.630.030.94種類非常多的離子、代謝產(chǎn)物以及腺苷、ATP、氨、過氧化氫、前列腺素、乳酸、氧化氮、多肽以及細胞因子等眾多分子呼出氣體中的可揮發(fā)性有機物

（VolatileOrganicCompounds，VOCs）1971年，Pauling等首次提出了人體呼出氣體中存在VOCs目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)呼出氣體中存在上千種VOCs，其中大多數(shù)濃度在皮摩爾(10-12mol·L)或ppt(parts．per-trillion)級其中一部分VOCs被認為是與疾病緊密相關(guān)的

VOCs來源主要有兩個方面：1）通過呼吸系統(tǒng)吸入的或通過皮膚吸收的外源性VOCs2）體內(nèi)各種生物化學過程產(chǎn)生的內(nèi)源性VOCs。

細胞在維持細胞膜完整性、能量代謝的過程中以及氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)源性VOCs，是疾病診斷檢測的目標。不飽和脂肪酸的脂質(zhì)過氧化可生成烷烴脂質(zhì)過氧化的乙酰乙酸鹽去碳酸基過程可產(chǎn)生丙酮膽固醇的合成過程中會由乙酰輔酶A產(chǎn)生異戊二烯等細胞色素P450混合酶系統(tǒng)可將代謝產(chǎn)物如烷烴類和單甲基烷烴類氧化成醇肺癌患者中，由于細胞色素P450混合酶系統(tǒng)以及編碼該酶的多家族基因的改變，會導致氧化應(yīng)激的代謝產(chǎn)物如烷烴類和單甲基烷烴類的降解，改變?nèi)梭w的VOCs組成呼出氣體VOCs檢測的臨床應(yīng)用神經(jīng)退行性疾病肺部疾病胃腸疾病感染類疾病VOCs肺部疾病：肺癌、COPD、哮喘…胃腸類：胃癌、腸癌…感染類：幽門螺旋桿菌感染、陰道感染…神經(jīng)退行性疾病：老年癡呆、帕金森…其他腫瘤類，如乳腺癌、頭頸癌…呼出氣體VOCs檢測優(yōu)勢

無需大型儀器和昂貴的耗材成本低無同位素

目前，穩(wěn)定同位素廣泛用于于代謝性疾病及感染性疾病等疾病的臨床診斷，如13C-標記。無創(chuàng)取樣

無需血液、組織等樣本，患者可自行操作，順應(yīng)個體化醫(yī)療的趨勢，適用于廣泛篩查。不同的標記物陣列可適于識別各種疾病，可包括呼吸道疾病、消化道以及各種形式的癌癥等。普適性呼出氣體VOCs檢測方法3，其它高場不對稱波形離子遷移譜（FAIMS）分辨率達~100ppt（10-10M）呼出氣體VOCs檢測方法4，其它納米微陣列（Coated-

Nanoarray）應(yīng)用于肺癌檢測

長期吸煙者有害物質(zhì)高暴露人群肺部疾病患者有家族史的高危人群

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肺癌早期發(fā)現(xiàn)，高危人群實時監(jiān)控。研究表明，在肺癌發(fā)生的早期，細胞的氧化應(yīng)激等狀態(tài)已經(jīng)改變，人體呼出的氣體的組成結(jié)構(gòu)和含量與健康人不同。

以上數(shù)據(jù)來源：《2013年中國腫瘤登記年報》呼出氣體檢測在肺癌早期診斷與相應(yīng)肺癌分型中的應(yīng)用已得到廣泛的關(guān)注肺癌中檢測的呼出氣體VOCs汪..汪..汪…(哥們，你貌似得癌了)應(yīng)用FAIMS對VOCs的檢測可檢測出至少11種VOCs，最優(yōu)分辨率達到~10ppt量級應(yīng)用FAIMS對肺癌患者呼出氣體VOCs的檢測優(yōu)勢：快速：檢測時間僅為10毫秒左右。小型化：與傳統(tǒng)的呼出氣檢測系統(tǒng)相比，放電溝道與離子遷移溝高度集成，從而易于實現(xiàn)小型化。高靈敏度：檢測靈敏度達到和超過了現(xiàn)有的大型檢測設(shè)備。PD的胃腸道病發(fā)假說Braak’s

HypothesisAD的特異性VOCs圖譜檢測陣列檢測AD/P