呼吸系统疾病患病率高且呈逐年递增趋势，给国家造成了巨大的社会与经济负担。根据世界卫生组织 （World Health Organization，WHO） 的数据，2021年全球6800万死亡病例，十大死因共导致3900万人死亡，占比57%，其中呼吸系统疾病包括慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD，简称慢阻肺）、下呼吸道感染、肺癌分别排在前10大死因的第四、第五和第六位[1]。新型冠状病毒感染（Coronavirus Disease 2019，COVID-2019）全球流行后，呼吸系统疾病更加引起关注。1971年Pauling等首次分析了标准化饮食的受试者的呼出气中有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）成分，发现了 200多种 VOCs，这是人类分析呼出气的开端[2]。此后人们开始在医学领域中广泛探索呼出气、呼出气冷凝液（Exhaled Breath Condensate，EBC）在呼吸系统疾病的应用。本文总结了近年来EBC在呼吸系统疾病中的应用及研究进展，以期为呼吸系统疾病的诊断、监测、评估疗效等提供新思路和新方法。

1、EBC的组成、特点及运用现状

1.1 EBC的组成及特点

EBC与血液、汗液、眼泪、尿液和唾液一样是一种可以识别生物标志物的基质，其成分比较复杂，包括水蒸气、多种无机气体、挥发性有机化合物、有机分子及细菌、病毒和真菌的生物气容胶等[3，4]。机体通过血液循环与肺部气体交换，将机体代谢产生的小分子挥发性有机化合物（Volatile Organic Compound，VOC）以及肺部自身的半挥发性代谢物、信号蛋白、病毒和细菌的气溶胶等带出体内，呈现在呼出气中，从而反映人体健康状况[5，6]。EBC的采集遵循了冷凝的基本原理，患者将呼出气吹进密闭采集装置，装置的冷凝系统使气体凝结形成液滴并收集在采集管中，便于储存、转运和分析[7]。

1.2 EBC的运用现状

EBC检测技术是一种通过非侵入性的方法在呼出气采集装置的辅助下，将呼出气快速低温冷凝成液体，并研究成分组成的研究方法[8]。EBC具有提供下呼吸道、肺部及全身性疾病可能的病理生理状态的信号，具有评估肺部和全身系统性疾病的潜力[8]。EBC检测技术具有无创、采集简易、可重复及运用广泛的特点。研究证实呼出气冷凝液在筛查肺部疾病、跟踪疾病进展、预测治疗反应和评估治疗疗效方面具有较大意义[9，10]。目前EBC已在评估肺部疾病的炎症、氧化应激生物标志物、药物和遗传改变等方面广泛应用于临床，具有较好的应用前景[11]。

2、EBC在呼吸系统疾病的运用

2.1 支气管哮喘

支气管哮喘（简称哮喘）是由嗜酸性粒细胞、肥大细胞、中性粒细胞、平滑肌细胞等多种细胞和细胞成分参与的慢性气道炎症性疾病，是一种复杂的、异质性的疾病[12]。哮喘诊断需要结合可变的气流受限，但临床上支气管舒张实验阳性率较低，PEF变异率监测存在个体化和仪器间变异较大，支气管激发试验风险较高、临床开展率较低，同时部分患者尤其是儿童患者配合性较差，导致临床上漏诊率较高[13]。我国哮喘患者中仅有不到1/3（28.8%）曾被医生诊断为哮喘[14]，临床上迫切需要一种新的、非侵入性的诊断方法[12]。Chang‐Chien等[15]对92名哮喘儿童和73名健康儿童，以人口为基础的队列，分析了EBC样本的核磁共振代谢体特征，发现EBC代谢学特征在儿童稳定性哮喘的鉴别作用，优于传统的肺活量等临床方法。Cavaleiro Rufo[16]通过招募6～18岁青少年64名，其中过敏诊所（哮喘高危人群） 招募51名、青少年足球队（哮喘低危人群） 招募13名，分别进行肺功能、皮肤点刺试验和使用收集EBC进行检测，发现EBC检测能够显著区分哮喘患者和非哮喘患者，该方法与肺功能支气管舒张实验相比，具有更高的准确性、灵敏度和AUC值。

2.2 慢阻肺

慢阻肺是一种慢性进行性肺部疾病，与慢性气流受限相关，对老年人的身体健康造成较大威胁，也带来巨大经济和社会负担。慢阻肺是全球第三大死因，每年造成约300万人死亡[17]。慢阻肺需要频繁门诊和住院治疗，具有高发病率、高资源利用率和高成本的特点[18]。Hao等[19]通过ELISA法对慢阻肺患者和健康人员的EBC进行比较分析，得出稳定期慢阻肺患者呼出的MMP-9、MMP-12、TIMP-1和TIMP-4水平升高，且与FEV1% pred呈负相关，提示EBC对监测气道炎症的测量方面具有意义。肺康复（Pulmonary Rehabilitation，PR）是一种基于运动训练、药物和非药物（如生理、心理、教育和营养）干预的综合治疗方案，已成为慢阻肺治疗的重要手段[20]。Maniscalco等[21]对慢阻肺患者康复前、康复过程和康复周期后的EBC核磁共振谱分析和多元统计分析探讨的生物标志物与临床参数的关系，发现慢阻肺康复患者出现了一些改变的生物标志物，证实代谢组学可以扩展到慢性疾病的康复当中。Freund等[22]对随机对21名诊断为慢阻肺的患者进行EBC检测，检测的8个生物标记物中，乳酸盐和丙二醛（MDA）2个生物标记物联合使用，可以显著地区分了慢阻肺患者，准确率为71%，曲线下的面积（AUC）为0.78。EBC收集便携、操作简单，配合程度高，对临床上有气道阻塞症状，不能完成肺功能检查患者，诊断慢阻肺提供了一种新的思路[7]。

2.3 肺癌

肺癌是全球发病率第一、死亡率第一的癌症[23]。国家癌症中心最新癌症报告显示，2022年我国肺癌发病人数106.06万，粗发病率为75.13/10万，因肺癌死亡人数73.33万例，死亡率为51.94/10万，肺癌新增病例数和死亡数在所有的恶性肿瘤中均排名第一[24]。肺癌患者5年生存率只有19.8% [25]，主要是肺癌患者在诊断时大部分处于中晚期。常见的放射学、血清学、病理活检等检查，具有价格昂贵，有创损伤，难于发现早期肺癌等局限，不能满足临床诊断需要。早期诊断是提高肺癌患者生存率的关键。Nunez‑Naveira等[26]对肺癌患者和健康人的EBC样本采用飞行时间质谱技术测定EBC蛋白谱，发现肺癌患者的EBC中含有更高浓度的Dermcidin和S100A9多肽。Rai等[27]对 20 名未治疗的肺癌患者和20名健康受试者的 EBC 样本进行miRNA表达分析，发现肺癌患者的EBC中总共发现78个miRNA显著上调，其中，miR-31–3p、let7i和miR-449c显著上调，表现出良好的鉴别能力。Tetik Vardarli等[28]通过对肺癌患者的病理组织、血浆、EBC进行二代测序确定的基因突变，评估EBC其在肺癌患者诊断和随访中的作用，在所有病理组织、血浆和EBC标本中均检测到遗传改变，其中在肺癌患者的FFPE组织标本和相应的EBC样本中均发现EGFR p.L858R和KRAS p.G12C基因突变，提示EBC分析在肺癌的基因突变检测，指导诊断、随访等方面是具有较大潜力的非侵入性方法。

2.4 急性呼吸窘迫综合征

急性呼吸窘迫综合征（Acute respiratory distress syndrome，ARDS）是由肺内或肺外因素引起的急性弥漫性肺损伤和进而发展急性呼吸衰竭的一种临床综合征，以呼吸急促伴窘迫和难治性进行性低氧血症为特征[29]。Chen等[30]对31例机械通气ARDS患者和22例健康受试者的血清和EBC，通过ELISA法分析其中的血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）水平，发现血清和EBC中的VEGF水平呈线性正相关，ARDS患者EBC中VEGF水平与PaO2/FiO2、PaO2呈正相关，与肺损伤评分（Lung Injury Score，LIS）、A-aDO2/PaO2呈负相关，提示EBC中VEGF水平可作为判断ARDS患者严重程度及预后的辅助指标。一氧化氮（Nitric Oxide，NO）是由内皮细胞、上皮细胞和炎症细胞分泌的一种小分子物质，呼出气NO检测是评估气道炎症疾病的一种实时方法[31]。EBC检测可监测气道内的炎症反应，对评估疾病治疗效果和预测预后等方面具有较大意义[32]。Tang等[33]对分别测定健康对照组与ARDS患者治疗前后、存活患者与死亡患者血清及EBC中NO含量，分析EBC与血清中NO的相关性，得出ARDS患者EBC中NO水平与血清NO水平呈正相关（P<0.05），ARDS患者EBC/血清NO与APACH-II评分呈正相关，与PaO2/FiO2、PaO2呈负相关（P<0.05），提示EBC中NO含量可以反映ARDS患者的缺氧情况和病情，有利于对ARDS评价治疗效果和判断预后，EBC的NO检测可替代血清NO检测，更加无创，相关性较好。

2.5 呼吸道感染性疾病

最新WHO数据，全球十大死亡病因中下呼吸道感染排在第五位[1]，早期诊断和治疗对降低病人病死率至关重要。血清、痰、咽拭子等标本的胶体金免疫法、聚合酶链反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）、核酸序列扩增、病原体培养、二代测序（Next-generation Sequencing，NGS）、三代测序（Third Generation Sequencing，TGS）等检验的运用对病原体的检测具有较大意义，但同时也存在假阴性率高，检测时间长、成本高等不足[34，35]。EBC目前也越来越多地用于呼吸道疾病病原体的检测[36]。Zheng等[37]使用了一种新开发的方案，将EBC收集装置和环介导等温扩增（Loop-mediated Isothermal Amplification，LAMP）相结合，总共筛选出肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、嗜麦芽窄食单胞菌、流感嗜血杆菌、嗜肺军团菌、肺炎支原体、肺炎衣原体和结核分枝杆菌等病原体可以通过呼吸道排出。同时通过PCR方法对同一患者的咽拭子进行进一步比较和验证，进一步证明部分病原体可以通过呼吸道排出，得出EBC和LAMP相结合的病原体筛查方案可以作为一种无创的呼吸道病原体快速筛查方法[37]。该方法为快速、有效、无创的病原体感染的诊断提供了一种可能。Henderson等[38]在COVID-19患者的EBC中检测到SARS-CoV-2 RNA基因组，进一步证实EBC具有检测病原微生物的能力。Barberis等[39]通过质谱方法对COVID-19患者和阴性健康受试者的EBC进行了非靶向代谢组学方法，确定新的潜在生物标志物，同时对生物标志物的可靠性进行验证，得出EBC中丰富的脂肪酸可以用来区分COVID-19患者。

2.6 肺栓塞

肺栓塞（Pulmonary Embolism，PE）被称为“沉默的杀手”。症状非特异性，从无症状到头晕、咳嗽、呼吸困难、胸痛、咯血、晕厥，严重者出现急性循环衰竭、死亡[40]。标准的诊断方法主要包括D-二聚体、动脉血气分析、心电图、超声心动图和胸部X线、CT肺动脉增强造影等，这些检查检验对PE的诊断意义较大，但也存在特异性不高、诊断方法复杂等不足[41]。肺栓塞的年发病率约为1/1000人，近20%的患者在发病90天内死亡，肺栓塞的诊断目前仍是一个挑战[41]。因此，寻找生物标志物，提高PE的快速诊断尤为重要。Gade等[42]收集14头诱导中危PE模型猪和4头阴性对照猪的EBC，利用质谱法分析EBC蛋白谱，在猪的EBC共鉴定出897个蛋白，PE模型猪和阴性对照相比，145种不同蛋白质的水平发生了变化，白蛋白水平高出14倍，其他49种蛋白质的水平在PE后高出1.3到17.1倍，其他95种蛋白的水平降低。随后该团队进一步利用质谱分析技术对28例确诊PE患者和49例对照者的EBC进行分析，在77份EBC样本中鉴定出928种蛋白，发现PE患者比对照组HSPA5、PEBP1和SFTPA2水平较高，POF1B、EPPK1、PSMA4、ALDOA和CFL1水平较低，得出EBC可能是PE诊断标志物的来源[43]。

2.7 阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（Obstructive Sleep Apnea-hypopnea Syndrome，OSAHS）是一种睡眠有关的呼吸障碍。OSAHS的特征是在睡眠中反复发生咽部塌陷，导致呼吸暂停或低通气 [44]、间歇低氧、高碳酸血症和睡眠结构紊乱，甚至全身多器官损害 [45]。多导睡眠监测（Polysomnography，PSG）是诊断OSAHS的重要方法，但存在睡眠监测时间较长，难于在较大的人群中使用[46]。尤其是在低龄患者中，行PSG配合困难。EBC的电子鼻检测对睡眠呼吸暂停综合征的诊断具有一定的效果[47]。Li等[48]将根据呼吸暂停低通气指数（Apnea Hypopnea Index，AHI）分为轻度22例、中度22例、重度24例的OSAS非吸烟患者、22例非吸烟健康及10名健康吸烟者的EBC进行分析，测定PSG后晨起EBC中白细胞介素-6 （IL-6）、白细胞介素-10 （IL-10）、肿瘤坏死因子-a （TNF-a）和8-异前列腺素，得出EBC中IL-6和IL-10与AHI分类的一致性较高，吸烟者与轻度至重度OSAS患者EBC的生物标志物水平重叠。巫翠华等[49]为探讨EBC中内皮素-1（Endothelin-1，ET-1）水平与OSAHS疾病严重程度关系，对59例OSAHS患者（其中轻、中、重度患者分别为23、19、17例）和23例健康人员作为对照组，分别收集睡前、晨起醒后EBC，测定ET-1水平，发现EBC中ET-1水平与OSAHS患者疾病严重程度相关，病情越重，晨起ET-1水平越高，晨起EBC中ET-1水平可作为评估OSAHS严重程度的有效指标之一。

2.8 间质性肺疾病

间质性肺疾病（Interstitial Lung Disease，ILD）是一组主要累及肺间质和肺泡腔，导致肺泡-毛细血管功能单位障碍的弥漫性肺疾病，可导致患者呼吸困难、运动耐受性下降和生活质量下降[50]。EBC检测是一种无创的检测方法，在ILD的诊断和监测预后具有较大潜力[51]。黄立霞等[52]收集20名ILD患者的EBC和肺泡灌洗液（Bronchoalveolar Lavage Fluid，BALF）及20健康对照组的EBC，利用ELISA法检测EBC和BALF中８-异前列腺素及白三烯B4水平，发现ILD组患者EBC中８-异前列腺素及白三烯B4浓度均高于对照组，ILD患者EBC与BALF中８-异前列腺素及白三烯B4水平呈正相关，提示EBC未来或许可作为无创的方法来评估患者气道炎症及氧化应激的程度。特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis，IPF）是最常见的ILD，是一种以炎症和纤维化为特征的慢性间质性肺炎。Sebastian Majewski等通过检测IPF患者EBC中IL-25、IL-33和胸腺基质淋巴细胞生成素（Thymic Stromal Lymphopoietin，TSLP）水平，并与健康对照进行比较，发现与健康对照组相比，IL-33水平升高，表明其可能在IPF的病理生物学中起作用[53]。

EBC检测技术与支气管肺泡灌洗、痰培养、血清学检验、影像检查等传统方法相比具有无创、便携、操作简单、价格低廉、可重复的特点。通过现有临床试验和基础实验的研究成果，本文阐述了EBC对支气管哮喘、慢阻肺、肺癌、ARDS、呼吸道感染性疾病、PE、OSAHS、ILD等呼吸系统疾病具有一定的诊断、评估疾病发展趋势等价值。同时EBC检测不受年龄、性别、病情严重程度的限制，可以运用于难于配合其他检查、检验的低龄患者、机械通气和昏迷患者。EBC检测是当前临床技术诊断技术的重要补充，对于呼吸系统疾病的发生、发展和预后判断具有一定的价值。但总体来说，目前EBC在呼吸系统疾病的临床应用尚处于早期阶段，一方面，EBC成分复杂，目前无大规模人群的研究报道，缺乏各种生物标志物在EBC中的正常参考值；另一方面，样本收集及检测方法技术不同，结果不尽相同，结果之间缺乏可比性等，目前还未找到各类疾病的准确、有效、代替其他检查检验的临床标志物，EBC在临床上的应用还缺乏有力的证据支持。综上所述，目前EBC检测技术的质量控制和数据的积累还未达到较高的水平，未来随着基因组学、代谢组学、蛋白质组学和分子检测分析技术的快速发展，及后续研究中完善相关的数据支撑，必将为EBC检测在蛋白质、核酸等生物大分子及细菌、病毒及其他微生物气溶胶等方面的研究方面提供了广阔舞台，在呼吸系统疾病早期诊断、筛查，监测病情进展与疗效评估发挥重要作用，满足迫切的临床需求，并从代谢组学的角度推动对呼吸系统疾病的认识，为疾病的发生、发展机制提供可用信息。

利益冲突：本文不涉及任何利益冲突。

参考文献（略）

第一作者

冯唐韬

海军军医大学第一附属医院专业型硕士研究生，师从张伟教授，致力于肺癌代谢组学方面研究。

通讯作者

张伟

海军军医大学第一附属医院呼吸与危重症医学科副主任，副主任医师、副教授、硕士研究生导师；上海市医学会呼吸病学专科分会委员兼任呼吸治疗学组组长，中华医学会呼吸病学分会呼吸危重症医学学组委员，中华医学会结核病学分会重症专业委员会副主任委员，中国医师协会呼吸医师分会危重症医学工作委员会委员，中国医学装备协会呼吸病学装备技术专业委员会常委，《中华医学杂志》第29届编委会通讯编委，国家卫健委“十四五”规划教材《呼吸系统与疾病》编委；荣获教育部科技进步一等奖、军队科技进步一等奖各1项，入选上海市“医苑新星”杰出青年医学人才计划；近五年以第一/通讯（含共同）在JAMA、JITC、CHEST、AJRCMB、AnnalsATS等杂志发表16篇论著。

引用本文：冯唐韬, 张馨文, 刘玲乐, 张伟. 呼出气冷凝液在呼吸系统疾病应用及研究进展. 中国呼吸与危重监护杂志, 2025, 24(4): 281-285. doi: 10.7507/1671-6205.202409005

本文转载自「中国呼吸与危重监护杂志」

原链接戳：【综述】呼出气冷凝液在呼吸系统疾病应用及研究进展

* 文章仅供医疗卫生相关从业者阅读参考

本文完

责编：Jerry