本文首发于公众号「呼气试验」，此处为归档版本。
业内人士对于碳十三和碳十四尿素呼气试验应当不陌生。在国内，尿素呼气试验基本是幽门螺杆菌（以下简称Hp）临床诊断的“金标准”。轻松吹口气就能给出阴阳性的判定结果。相较于其它检测Hp的方法，呼气检测的非侵入性和易用性老少皆宜，是患者的福音。
事实上，检测Hp的呼气试验概念是由格雷厄姆和马歇尔同时提出的。尿素呼气试验利用了Hp产生尿素酶的特性，尿素酶是一种通过碱化紧邻生物体的环境来保护生物体的酶。这种酶的作用是将尿素代谢为氨和二氧化碳。产生的二氧化碳扩散到血管中，从那里以碳酸氢盐的形式进入肺部，并以二氧化碳的形式随呼气排出体外。
传统检测方法是病人空腹吞下13C或14C标记的尿素。在Hp存在的情况下，标记的尿素会被Hp产生的尿素酶代谢为二氧化碳和氨。产生的二氧化碳扩散到血管中，从那里以碳酸氢盐的形式进入肺部，用对应载体收集病人呼出的二氧化碳气体进行检测便能确定患者是否感染Hp。其核心的检测原理是能否检测到13C或14C标记的二氧化碳。如上图所示。
值得注意的是，尿素酶代谢过程中同时产生了氨（NH₃）作为这种副产物。一个核心问题随之浮现：为何研究者未优先采用呼气氨浓度变化作为幽门螺杆菌（Hp）感染的直接诊断指标？若该检测路径可行，碳同位素标记法的必要性或将受到质疑。
事实上关于通过测量氨气浓度变化来检测Hp感染的文献也不少，但结论不一。
Breath Ammonia Measurement in Helicobacter pylori Infection
目的是确定呼气氨测量在评估Hp感染中的实用性。志愿者在基线时和摄入 300 毫克尿素后，对着一个装有三个光纤 NH3 传感器的装置呼气。将呼气氨水平与[14C]尿素呼气试验进行比较。13 名受试者接受了测试。在摄入尿素前，Hp阳性受试者的呼气氨水平明显低于阴性受试者，而在摄入尿素后，呼气氨的增幅明显更大（范围为 198-1494% vs 6-98%）。一名Hp阳性受试者接受治疗后，呼气氨水平从阳性受试者的模式转变为阴性受试者的模式。总之，Hp阳性和阴性受试者的呼气氨测量显示出不同的模式。呼气氨测量可作为Hp的诊断测试。
Pilot test for Helicobacter pylori detection with ammonia breath test
在阿根廷，人们很少有机会使用更为敏感和特异的非侵入性诊断方法来检测Hp，如尿素呼气试验。上消化道视频内窥镜检查、活检组织学分析和快速尿素酶测试仍是常用方法，但费用高昂，可及性也有限。因此，我们建议开发一种快速、准确、简便、廉价的新方法，用于测量排出的 NH3 浓度，以诊断活动性感染。目的 确定通过测量呼吸中的氨气来检测 Hp 的无创方法的实用性。材料和方法 我们研究了 3 名在消化内科门诊就诊的 21 岁以上患者。所有符合纳入标准的患者都接受了上消化道视频内窥镜检查和胃活检（胃窦、胃体和胃切口）。样本通过组织病理学检查和尿素酶测试进行分析。选择检测结果为阴性（未感染）或阳性（感染）的受试者进行呼出空气中氨的测量。结果 HP 感染率为 60.9%（14 名患者）。其中 10 名患者的基线氨与摄入尿素后的氨之间存在显著差异，其特异性为 88.9%，灵敏度为 71.43%，Jouden 指数高于 50%。结论 虽然经验尚待积累，但本试验研究的结果表明，与传统的非侵入性方法相比，摄入无标记尿素后的呼气试验氨测量成本低且易于管理，因此可作为 HP 的诊断试验。
Validation of an ammonia breath test for the diagnosis of Helicobacter pylori infection in patients with dyspepsia at Hospital Cayetano Heredia
目的 确定卡耶塔诺-埃雷迪亚医院上消化道内窥镜检查患者Hp感染氨呼气试验的诊断有效性。材料与方法 2014 年 4 月至 12 月，155 名患者接受了氨呼气试验评估，并与作为金标准的胃活检组织学评估进行了比较。使用 Microsoft Excel 和 STATA 14 对数据进行评估，建立 ROC 曲线。结果 患者主要为女性（71%），中位年龄为 53 岁（18-84 岁），Hp感染率为 51.6%。与胃活检相比，氨呼气试验的敏感性为 70%，特异性为 36%，阳性预测值为 53.8%，阴性预测值为 36%，阳性似然比为 1.15，阴性似然比为 0.75。根据 ROC 曲线，没有一个最佳的临界值，曲线下面积为 0.5517。结论 本研究评估的氨气呼气试验不具备诊断准确性，不建议将其作为Hp感染的诊断工具。
Feasibility of ammonia breath test in diagnosis of Helicobacter pylori infection
目的：探讨氨气呼气试验在Hp感染诊断中的可行性。方法：以吲哚酚蓝光度法为基础，系统研究了呼气氨的采样方式以及呼气氨采样的终点判断。以乐观法为指导，测量了 39 名志愿者患者在摄入 300 毫克未标记尿素前后的呼气氨水平。通过 C 尿素呼气试验确定Hp感染情况，并分析摄入尿素前后呼气氨水平的变化。结果：摄入尿素后，呼气氨水平升高。虽然Hp阳性受试者的氨变化率（ACR）并不总是高于Hp阴性受试者，但其平均值明显高于Hp阴性受试者。当选择 90% 作为 ACR 临界值时，该检测的敏感性、特异性和准确性分别为 79%、68% 和 71.8% （28/39）。准确性相对较低的主要原因可能是采样过程中呼吸氨的波动。结论：呼气氨检测对Hp感染的诊断有很大价值，但呼气氨的采样方法和最佳 ACR 临界值可能还需要进一步研究。
Feasibility Study of Using Breath Ammonia Analysis Based on Off-Axis Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy with External Cavity Diode Laser for Noninvasive Real-Time Diagnosis of Helicobacter Pylori
本研究的目的是评估基于离轴空腔增强吸收光谱（OA-CEAS）和外腔二极管激光器（ECL）的呼气氨分析用于无创、实时诊断Hp感染的可行性。对 15 名健康志愿者、8 名儿童和 19 名感染 HP 的成人的呼气进行了分析。健康参与者的氨浓度范围为 178 至 610 ppb，而儿童和成人 HP 感染者的氨浓度范围分别为 457 至 2470 ppb 和 450 至 2990 ppb。人类乳头瘤病毒感染患者的氨浓度明显高于健康志愿者。然而，在 Hp 感染患者和健康志愿者的呼气氨浓度之间并没有发现明显的界限。呼气氨与体重指数（BMI）或年龄均无相关性。报告结果表明，我们的呼气氨测量系统有望在未来用于简便、无创的人乳头瘤病毒感染诊断。
从已有文献的研究结果来看，氨气检测Hp感染似乎可以又不可以，孰对孰错难以判定。作者都是从自己的角度佐证结论的正确性，单独看似乎都言之凿凿。
然而，从当前临床诊断来看，呼气氨检测幽门螺杆菌显然仅停留在理论阶段，要想将碳同位素标记法检测Hp取而代之似乎还遥遥无期。
尿素呼气试验选择检测标记的二氧化碳而非直接测量氨气，主要基于以下几个关键原因：
1. **内源性干扰因素**
**氨气的多源性**：人体内氨气的来源广泛，包括肠道细菌代谢、蛋白质分解及肝脏尿素循环等。即使未感染Hp，体内仍可能产生氨气，导致检测结果特异性差，难以区分感染与非感染状态。
**二氧化碳的稳定性**：呼气中的二氧化碳主要来自细胞代谢，但其本底水平相对稳定。通过使用碳同位素（如¹³C或¹⁴C）标记尿素，可明确区分分解产生的二氧化碳与体内固有二氧化碳，显著提高检测特异性。
2. **物理化学性质的限制**
**氨气的溶解性**：氨气易溶于水，在胃内可能被胃酸部分中和为铵离子（NH₄⁺），或通过血液运输时被肝脏快速代谢为尿素，导致呼出气中的氨浓度极低，难以被常规检测方法捕捉。
**二氧化碳的挥发性**：二氧化碳为脂溶性气体，能快速扩散入血并通过肺部排出，呼出浓度与体内生成量高度相关，便于检测。
3. **检测技术的灵敏度与可行性**
**同位素检测的优势**：质谱法或红外光谱法对标记的13CO₂或14CO₂具有极高的灵敏度（可检测ppm级变化），而氨气的检测通常依赖电化学传感器或化学显色法，灵敏度较低且易受其他挥发性有机物干扰。
**本底噪声问题**：未标记的氨气在呼气中本底浓度波动较大（如饮食、口腔细菌代谢），而同位素标记的二氧化碳能有效规避本底干扰，提高信噪比。
4. **生物学转化路径**
**胃内环境的影响**：幽门螺杆菌在胃黏膜表层分解尿素产生的氨气，可能局部中和胃酸形成“氨云”，但大部分氨被吸收入血后经肝脏代谢，仅有微量以原形经肺排出。相比之下，二氧化碳可自由扩散入血并迅速经呼吸排出，动态反映尿素酶活性。
5. **临床验证与标准化**
**现有方法的成熟性**：碳同位素呼气试验经过数十年验证，其敏感性（>95%）和特异性（>95%）已获广泛认可。而氨气检测因上述局限，缺乏可靠的临床数据支持其作为诊断标准。
总结
直接检测氨气虽无需标记，但受限于生理干扰、检测灵敏度及特异性等问题，难以满足临床诊断需求。而碳同位素标记的二氧化碳通过精准区分代谢来源，结合高灵敏度检测技术，成为幽门螺杆菌无创诊断的金标准。未来，随着传感器技术的进步，或可能出现基于氨气的新型检测方法，但目前仍以标记二氧化碳法为主导。
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