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[转载]科学突破:呼气分析揭示健康秘密,VOCs成为疾病预警新标志

已有 738 次阅读 2024-5-3 19:47 |个人分类:自然科学|系统分类:博客资讯|文章来源:转载

Sensors 201818(8), 2613; https://doi.org/10.3390/s18082613

在一项科学界的重大进展中,研究人员揭示了呼出气体中挥发性有机化合物(VOCs)及非VOCs浓度的微妙变化,与人体复杂的代谢过程之间存在着密不可分的联系。这项发现不仅加深了我们对人体生理机制的理解,更为医疗诊断领域开辟了一条创新路径——利用呼气分析作为疾病早期识别和监控的新工具。

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs),作为一类能在室温下轻易蒸发的有机分子,其来源多样,涵盖了外部环境、食物代谢及体内自身合成等多方面。研究证实,在健康个体中,呼出气体中的VOCs组成维持着一种动态平衡。然而,当身体遭遇如肝肾功能障碍、糖尿病、各类癌症乃至神经退行性疾病(阿尔茨海默病、帕金森病)等挑战时,体内异常的代谢活动会引发呼出气体中VOCs浓度的特定变化,为疾病的非侵入性诊断提供了可能。

特别值得注意的是,神经退行性疾病患者与健康人群之间的呼气VOCs谱图对比,展现出了显著差异,这或是大脑神经元损伤及异常代谢路径的直接反映。通过精密分析这些微小变化,医生不仅能够更早地捕捉到疾病的踪迹,还能有效监测疾病进程及治疗效果,为个性化医疗方案的制定提供了坚实依据。

此外,呼出气体中非VOCs成分,尤其是二氧化碳和氧气的浓度波动,也成为了反映人体呼吸效率及整体代谢状况的窗口。例如,在剧烈运动或呼吸系统疾病情况下,这些气体的浓度变化能间接指示新陈代谢的即时状态。

这一系列发现标志着“呼吸分析学”作为医学研究和实践的前沿阵地,正以前所未有的速度发展。它不仅预示着未来健康评估将更加便捷、精确,也为众多难解疾病的早期预警与干预开辟了全新的视角。随着技术的不断成熟与应用的深入推广,呼一口气,或许就能为我们的健康状况提供一份详尽的“化学报告”。

Volatile Organic Compounds (VOCs) as disease biomarkers

挥发性有机化合物(VOCs)是一类可以使用呼吸活检®快速且无创地从呼气中采集的气态分子。它们要么来自体内(内源性VOCs),要么来自外部来源,如饮食、处方药物和环境暴露(外源性VOCs)。研究已经鉴定出超过1000种可以在呼气中找到的VOCs,它们连同呼吸飞沫一起,提供了有关整体健康状况的丰富信息,作为疾病发生和发展指标具有巨大潜力。引自(Volatile Organic Compounds (VOCs) as disease biomarkers (owlstonemedical.com)

参考文献:

Hajivand, P., Jansen, J. C., Pardo, E., Armentano, D., Mastropietro, T. F., & Azadmehr, A. (2024). Application of metal-organic frameworks for sensing of VOCs and other volatile biomarkers. Coordination Chemistry Reviews501, 215558.

Velusamy, P., Su, C. H., Ramasamy, P., Arun, V., Rajnish, N., Raman, P., ... & Gopinath, S. C. (2023). Volatile organic compounds as potential biomarkers for noninvasive disease detection by nanosensors: A comprehensive review. Critical Reviews in Analytical Chemistry53(8), 1828-1839.

Gan, Z., Zheng, C., & Wang, J. (2023). Challenges and applications of volatile organic compounds monitoring technology in plant disease diagnosis. Biosensors and Bioelectronics, 115540.

Taylor, M. J., Chitwood, C. P., **e, Z., Miller, H. A., van Berkel, V. H., Fu, X. A., ... & Suliman, S. A. (2024). Disease diagnosis and severity classification in pulmonary fibrosis using carbonyl volatile organic compounds in exhaled breath. Respiratory Medicine222, 107534.

Sharma, A., Kumar, R., & Varadwaj, P. (2023). Smelling the disease: Diagnostic potential of breath analysis. Molecular Diagnosis & Therapy27(3), 321-347.



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