人體尿液揮發(fā)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(fā)現(xiàn)的人體尿液揮發(fā)性有機物與人的消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)特別是泌尿系統(tǒng)腫瘤等某些疾病存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)，概述了氣相色譜—質(zhì)譜法、選擇性離子流管質(zhì)譜法及電子鼻檢測等目前常用的揮發(fā)性有機物檢測技術(shù)原理、特點、優(yōu)勢和不足。旨在探尋通過先進的科學(xué)檢測技術(shù)，將人體尿液揮發(fā)性有機物作為疾病早期篩查、預(yù)后診斷的技術(shù)前景。

關(guān)鍵詞：人體尿液;揮發(fā)性有機物;檢測技術(shù)

人體揮發(fā)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(yīng)，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(fā)氣體中普遍存在。

人們研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性揮發(fā)性有機物種類及濃度變化與疾病發(fā)生相關(guān)，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(guān)等[1]。揮發(fā)性有機物采集過程無創(chuàng)，如能實現(xiàn)快速、準確且高可靠性的揮發(fā)性有機物檢測，或?qū)⒊蔀榧膊≡缙陬A(yù)警、識別及實時監(jiān)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(chǎn)物濃度高、易收集等特點，通過分析尿液揮發(fā)性有機物變化來初步診斷消化道、泌尿系統(tǒng)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(jié)直腸癌患者早期篩查。Silva等用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法對比檢測12例結(jié)直腸癌患者、21例健康人尿液樣本的80余種揮發(fā)性有機物成分，發(fā)現(xiàn)有將近20種尿液VOCs成分呈現(xiàn)不同，Westenbrink等對采集的35例腸易激綜合征患者、39例結(jié)直腸癌患者、18例健康人的尿液標本作揮發(fā)性有機物成分進行分析，分析結(jié)果表明，尿液揮發(fā)性有機物篩查結(jié)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(shù)。Monteiro等將HS-SPME技術(shù)與氣相色譜-離子阱/質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合，優(yōu)化技術(shù)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(fā)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(jié)果表明，超過20種尿液揮發(fā)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(zhì)譜聯(lián)用分析，分析結(jié)果表明，膀胱癌患者尿液VOCs含五個明顯表征峰值，檢測結(jié)果具有作為膀胱癌診斷標志物的特異性。Willis等研究發(fā)現(xiàn)，膀胱癌患者的特異性揮發(fā)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(fā)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(jié)腸炎或克羅恩病，這種疾病青少年患者居多，具有復(fù)發(fā)性、慢性等腸道疾病特征。一般需要在全麻情況下作內(nèi)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(fā)現(xiàn)，這些細菌往往發(fā)酵體內(nèi)多糖，產(chǎn)生特殊的揮發(fā)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(jié)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(yīng)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(fā)性有機物，分析結(jié)果表明，電子鼻可以準確區(qū)分炎癥性腸病患者和未患病人。

2 揮發(fā)性有機物的檢測方法

常用的揮發(fā)性有機物檢測技術(shù)有以下幾種：

2.1 氣相色譜—質(zhì)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(shù)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(zhì)譜法指使用專業(yè)的離子檢測儀器，檢測離子強度、質(zhì)荷比等，得到質(zhì)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(yù)處理及濃縮。氣相色譜—質(zhì)譜法重復(fù)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(yè)技術(shù)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(zhì)譜法

研究者使用如四極質(zhì)譜儀的專業(yè)儀器，對規(guī)定質(zhì)荷比值區(qū)間掃描作實時數(shù)據(jù)分析，得到前體、產(chǎn)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(yè)技術(shù)人員操作，樣品檢測速度為數(shù)秒～1min/個樣本，檢測能力可有效地分離揮發(fā)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(shè)備穩(wěn)定、無需校準，因此維護費不高。

2.3 電子鼻技術(shù)

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

3 小結(jié)

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(yīng)具備特異性、依從性、敏感性，同時兼?zhèn)浣?jīng)濟性、微創(chuàng)性。通過人體尿液揮發(fā)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(fā)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(tǒng)一等。相信隨著技術(shù)不斷優(yōu)化及人們對疾病早篩意識的提高，人體尿液揮發(fā)性有機物檢測技術(shù)將作為某些消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)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(fā)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(xué)雜志，2021，27（04）：299-304.

[2]陳煒.尿液檢測技術(shù)在膀胱癌無創(chuàng)診斷中的研究進展[J].中山大學(xué)學(xué)報（醫(yī)學(xué)科學(xué)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(yīng)用的研究進展[J].吉林大學(xué)學(xué)報（醫(yī)學(xué)版），2020，46（06）：1332-1337.

[4]郭穎韻，田山，董衛(wèi)國.揮發(fā)性有機物檢測在結(jié)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(fā)性有機物傳感器在疾病診斷中的研究進展[J].中國公共衛(wèi)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