本文首发于公众号「呼气试验」，此处为归档版本。
为什么是呼气
-
代谢物与当前的健康状况和疾病活动直接相关
-
呼气中的VOCs通过血液从全身收集
-
呼气中的生物标志物与各种疾病相关
-
呼气生物标志物具有广泛的临床应用
-
呼气样本可以通过提取较长的样本进行预富集
-
呼气采样是无创和无痛的
现代呼气分析
技术进步一直是推动呼气研究领域进步的关键因素，气相色谱质谱法（GC-MS）的出现被证明对挥发性有机物分析特别有用。最近，通过机器学习的应用在计算分析和解释呼气样本方面取得了进展。
VOC分析技术
很适合分析呼气中的VOCs的技术包括气相色谱-质谱法（GC-MS）、质子转移反应质谱法（PTR-MS）、选择离子流管质谱法（SIFTMS）、气体传感器阵列（‘eNoses’）和离子流动光谱法（IMS），包括场不对称离子流动光谱法（FAIMS）。
关于呼气VOCs的出版物数量不断增加
分析技术的改进和VOCs作为疾病生物标志物的明显前景，使得与呼气中VOCs有关的出版物越来越多。
VOC和呼气领域的研究出版物
现有VOC呼气试验方法
一些使用挥发性生物标志物的呼气测试在临床实践中已经确立（下表显示了被批准的呼气测试）。
然而，由于寻找疾病生物标志物的研究之间缺乏可重复性，基于挥发性有机物检测的测试所显示的大部分潜力仍未得到开发。呼气研究结果的差异性主要源于缺乏高质量、标准化的呼气采样技术。
测试
VOC
毛细血管造影术
CO2
用于检测幽门螺杆菌感染的13C-尿素呼气试验
13CO2
新生儿黄疸的测试
CO
二糖吸附缺陷和小肠细菌过度生长综合征
H2,CH4
监测哮喘治疗
NO
心脏移植排斥反应的呼吸测试
烷烃
13C辛酸胃排空呼吸试验（GEBT）
13CO2
CO测试吸烟者
CO
醉酒测试
乙醇
在临床上已获批的呼气试验
临床试验中的VOC分析
对所有临床试验数据的分析显示，1997年至2019年期间，有700多项试验在其工作流程中使用了某种呼气分析。在此期间，开始使用呼气分析的临床试验数量呈上升趋势，表明人们对这种类型的测试越来越感兴趣。
越来越多的使用呼气分析的临床试验正在注册中
已确定的临床试验涵盖了各种条件，显示了呼气分析应用的广泛性。试验的一般分类如下：
使用呼气分析的临床试验分类
世界上最大的基于呼气的临床试验
**Owlstone医疗公司的技术正被用于一些世界上最大的基于呼气的临床试验。**这些研究包括The PAN癌症试验，研究多种类型癌症的早期检测。它还在世界各地的100多个学术研究小组和临床实验室中使用。
呼气道飞沫中的生物标志物
呼吸道飞沫以呼吸气溶胶的形式呼出，通常被研究为细气溶胶（<5微米）和粗气溶胶（>5微米）。每个呼吸飞沫都可能包含非挥发性代谢物、蛋白质、脂质、核苷酸和病毒颗粒。
呼吸液滴中的生物标志物有许多可能的应用。
-
呼吸气溶胶收集被体育组织用于反兴奋剂测试，也可用于检测一系列非法娱乐性药物。
-
通过检测细胞因子和其他免疫信号分子，呼吸飞沫也被证明可用于识别炎症。
-
还有证据表明，使用RNA或DNA作为病原体存在的生物标志物，呼吸道飞沫可用于传染病的诊断。
收集呼吸气溶胶的方法通常很便宜，而且容易在任何地方进行，不需要专业培训。这些方法提供了一个潜在的生物标志物的来源，是无创的和无痛的，可以无缝地整合到PCR或质谱分析中。
在呼气即将结束时，液体薄膜在深层肺部的小气道上关闭。在吸气过程中，气道再次打开，使薄膜破裂并产生气溶胶颗粒。这个过程类似于气泡破裂时薄膜的塌陷。
呼吸道飞沫的用途
呼吸气溶胶中的生物标志物是通过一个叫做支气管液膜破裂的过程在肺部深层气道中产生的。它们在接近气体交换发生的地方和一些严重的肺部感染所在的地方形成。
肺部气道内有含有表面活性剂的液体。在呼气结束时，这些液体可以在较小的气道上形成薄膜。当支气管在吸气过程中再次打开时，这些液体薄膜破裂，释放出呼吸性液滴作为气溶胶颗粒，被吸入肺泡，然后在下次呼气时被排出。
从呼吸道液滴中捕获和分析的颗粒多样性意味着它们具有广泛的潜在应用。
它们已经在竞技体育的反兴奋剂方面发现了一些价值，在那里可以通过液相色谱质谱（LC-MS）方法收集并直接识别诸如类固醇、激素治疗和兴奋剂等药物。在检测苯丙胺、四氢大麻酚等作为药物滥用的标志物方面也进行了类似的应用探索。
正在研究的其他用途包括检测炎症，特别是与肺部损伤有关的炎症，以及识别环境暴露和检测病原体，特别是呼吸道病毒，如流感。