本文首发于公众号「呼气试验」，此处为归档版本。
呼吸是分析体内产生的挥发性有机化合物 (VOC) 的重要物质。这些化合物在体内通过血液到达肺泡界面，并最终被呼出。通过分析呼出的气体来检测挥发性有机化合物，可以显示个人的疾病或健康状况。
研究人员已经记录了呼吸中可检测到的挥发性有机化合物与乳腺癌和肺癌有关的证据。科学界对确定影响呼出气体中挥发性有机化合物含量的所有参数极感兴趣。在这种情况下，科学界将重点放在了标准化呼吸采样和分析的方法。呼气分析可快速、无创地检测各种疾病，如糖尿病和癌症。
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关键呼气代谢物
通常，呼出的气体由未改性氮气（约74%）、氩气（约1%）、氧气（约15%）、二氧化碳（约5%）和水蒸气（约6%）组成。此外，呼出的气体中还存在几种内源性形成的气态挥发性代谢物，含量微乎其微，测量单 位为百万分之一体积（ppmv）、万亿分之一体积（pptv）或十亿分之一体 积（ppbv）。
研究人员在几位健康人体内检测到了常见的呼吸代谢物。这些代谢物包括丙酮、甲醇、氨、乙醛、丙醇、异戊二烯和乙醇。这些代谢物是通过选择离子流管质谱法（SIFT-MS）检测到的。研究人员评估了这些代谢物浓度的变异性，并研究了这些代谢物的对数正态分布。
氨是蛋白质的分解产物，通过以下途径存在于人体内，在肠道中被细菌降解。虽然大部分氨会转化为尿素并通过尿液排出体外，但也有一小部分会从呼吸中排出 。由于肠道细菌的厌氧发酵，乙醇和甲醇的浓度可能会增加。人体呼气中的异戊二烯被认为是胆固醇合成的标志物。此外，科学家们发现，人体呼气中异戊二烯含量异常表明肾功能衰竭晚期和氧化应激。
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与呼气分析相关的常见技术
质子转移反应质谱法（PTR-MS）和 SIFT-MS是用于分析呼气的两种分析工具，能以高灵敏度实时检测和量化痕量气体。PTR-MS 和 SIFT-MS 都是众所周知的软电离技术，可以检测呼气样本中的生物标记物，检测范围从 ppbv 到 pptv 不等。虽然 SIFT-MS 的灵敏度不如 PTR-MS，但它的优势在于可以在不使用电场的情况下检测呼气样本中的生物标记物。反应是在热条件下发生的。
研究人员还将离子迁移谱法（IMS）和激光吸收光谱法（LAS）用于呼气分析 。基于激光吸收光谱法的空腔环降光谱法（CRDS）已被用于测量呼出气体中的一氧化二氮（NO）。该技术可对呼气中的挥发性有机化合物进行定量，其含量低于十亿分之一的体积水平。
电子鼻（e-Noses）是一种电子传感设备，包含一系列气体和半导体传感器。在呼气分析中使用了两种基于质量敏感传感器的装置，即石英晶体微天平（QCM）和表面声波（SAW）。
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收集和分析储存的呼气样本
在分析呼气时，直接取样更为可取，因为它限制了由于扩散或样本降解而造成的化合物损失。不过，在无法直接采样的情况下，合适的呼出气体储存系统是一个重要方面。科学家指出，呼气样本可能会受到背景污染物排放的污染，从而改变存储样本的化学成分。
目前，杜邦公司和SKC有限公司等许多公司都在生产具有许多先进技术的惰性 Tedlar 袋。这些袋子有透明的，也有黑色的，以不同的成分为基础， 如 Nalophan、Flexfoil 和 Teflon。以往的研究表明，Nalophan 袋成本较低， 最常用于采集呼气样本。呼气样本的稳定性通过气相色谱-质谱（GC-MS）和 PTR-MS 测定了 Tedlar 袋中的成分。
对储存的呼气进行了各种分析，以确定是否含有挥发性有机化合物。针阱微萃取（NTME）与气相色谱仪（GC）和固相微萃取（SPME）相结合的方法。
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利用挥发性生物标记物诊断疾病
科学家们对 SIFT-MS 和 PTR-MS 技术进行了评估，以确定它们能否检测肝病和监测糖尿病。此外，还评估了这些技术在诊断肺癌、结直肠癌、膀胱癌和前列腺癌等各种癌症方面的应用。
在肺癌和乳腺癌的早期检测中，甲基化碳氢化合物被提议作为生物标志物。科学家们指出，呼出气体中乙醛含量超过22ppb可能具有重要的临床意义。尽管乙醛是乙酰化过程中的一种中间产物，但它也是一种生物标记物。在肝脏中代谢乙醇时，摄入酒精会显著提高乙醇的浓度的水平。科学家测定了癌细胞线 CALU-1 和 SK-MES 的分子排放，发现其含量高于生理水平。
肠道细菌产生的挥发性有机化合物会被输送到肺部并排出体外。例如，幽门螺杆菌在人体胃部释放的挥发性有机化合物可以在口腔呼出的空气中检测到。幽门螺旋杆菌感染胃部和肠道，破坏胃黏膜组织并引起炎症。这种病原体会导致人类消化性溃疡 。
科学家设计了一种用于检测肺结核的呼气分析仪。在这种情况下，检测到的生物标记化合物是对苯甲醚甲酯、苯乙酸甲酯、邻苯基苯甲醚和烟酸甲酯。
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研制和生产呼气分析仪的商业化公司
Owlstone 由剑桥大学的一群科学家组成，他们制造并销售 “场不对称离子迁移 谱仪”。(FAIMS）“。他们的 “呼气活检 “技术可以准确地分析呼气样本中的挥发性有机化合物。
位于肯塔基州的新创公司 Breath Diagnostics 开发了一种肺癌呼气诊断设备。该公司表示，他们的设备能在77%的情况下区分良性肿瘤和恶性肿瘤。
新英格兰呼吸技术公司是一家位于马萨诸塞州的初创公司，成立于2015 年。该公司开发了一种用于检测血糖水平的呼气分析仪。其产品名为 Glucair，可检测个人呼气中的丙酮浓度。
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