周辉-呼出气体中VOCs检测在疾病早期筛查中的应用ppt课件.ppt

北京大学健康科学中心研究员周辉，1。呼出气体检测的背景。在中国古代，人们已经认识到从人体尿液中逸出的气体或呼吸产生的气味有助于诊断疾病，中医的“气味”指的是听声音和呼吸，腐烂的气味是由胃热引起的，主要是由口腔和消化道的病人引起的。酸腐味吃得太多，消化不良；臭味肺脓肿、支气管扩张合并感染等。尿肾功能衰竭，不能正常排泄废物；个烂苹果中的大多数都患有糖尿病。烤面包味伤寒患者；鼠臭肝病，多见于严重肝损伤患者；大蒜味有机磷农药中毒，误服了杀鼠剂磷化锌；粉尘味严重营养不良；在20世纪60年代，它开始探索使用现代分析仪器，以精确的化学测量功能取代人类感官，分析和识别人体产生的气体或气味，并检测呼出气体的背景、非常多种离子、代谢物、腺苷、三磷酸、氨、过氧化氢、前列腺素、乳酸、一氧化氮、多肽、细胞因子和许多其他分子。每个人呼出的气体都含有空气成分，如水蒸气和二氧化碳，但其他成分不同。有人认为，每个人呼出的化合物是各种内源性代谢物如人体指纹的独特组合，可作为生物标志物反映人体健康状况，从而应用于疾病的早期筛查和呼出气体的检测背景。4.呼出气体中的挥发性有机化合物。1971年，鲍林等人首次提出人类呼出气体中存在挥发性有机化合物。目前，在呼出的气体中已经发现了成千上万的挥发性有机化合物。大多数挥发性有机化合物的浓度为10-12摩尔或以下。万亿分之一被认为是与疾病密切相关的挥发性有机化合物的来源。主要有两个方面：1)通过呼吸系统吸入或通过皮肤S2吸收的外源性挥发性有机化合物；2)体内各种生化过程产生的内源性挥发性有机化合物。5。细胞在维持细胞膜完整性、能量代谢和氧化应激反应过程中产生的内源性挥发性有机化合物是疾病诊断和检测的目标。不饱和脂肪酸的脂质过氧化可产生烷烃脂质过氧化乙酰乙酸脱羧过程可产生丙酮胆固醇合成过程可产生细胞色素P450混合酶系统如来自乙酰辅酶a的异戊二烯。代谢物如烷烃和单甲基烷烃可在肺癌患者中氧化成醇。由于细胞色素P450混合酶系统和编码该酶的多家族基因的变化，可导致氧化应激的代谢物，如烷烃和单甲基烷烃，降解和改变人体的挥发性有机化合物组成。6.呼出气体挥发性有机化合物检测的临床应用，神经退行性疾病，肺部疾病，胃肠疾病，感染性疾病，挥发性有机化合物，肺部疾病：肺癌，慢性阻塞性肺病，哮喘.胃肠疾病：胃癌、肠癌.传染病：幽门螺杆菌感染、阴道感染.神经退行性疾病：老年痴呆症、帕金森病.其他肿瘤，如乳腺癌、头颈癌.7.检测呼出气体挥发性有机化合物的优点，不需要大型仪器和昂贵的消耗品，成本低，不含同位素。目前，稳定同位素广泛用于代谢性疾病和感染性疾病的临床诊断，例如13C标记。无创采样，无需血液、组织等样本，患者可自行操作，符合个性化医学趋势，适合广泛筛查。不同的标记阵列可用于识别各种疾病，包括呼吸道疾病、消化道疾病和各种形式的癌症。，通用性，8，呼出气体挥发性有机化合物检测方法，1，气相色谱-质谱(定量)，(气相色谱-质谱)分辨率高达ppb(10-9M)，9，呼出气体挥发性有机化合物检测方法，2，电子鼻(模糊识别)，Cyranose320，NOSCOPARRAY of NanocompositorsPatternEnterIncognition算法，10，呼出气体挥发性有机化合物检测方法，3，其他，高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)，分辨率高达100ppt(10-10M)，11，呼出气体挥发性有机化合物检测方法，4，10，高场不对称波形离子迁移谱(10-10M).肺癌的早期检测、高危人群的实时监测。研究表明，在肺癌早期，细胞氧化应激等状态发生了变化，呼出气体的成分和含量与健康人不同。以上数据来源：2013年中国肿瘤登记年报，14，呼出气体检测在肺癌早期诊断中的应用及相应的肺癌分类已受到广泛关注，15，16，呼出气体挥发性有机化合物，17，肺癌检测，17，王.王.王.(老兄，你好像得了癌症)，18岁，超高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)，具有很高的灵敏度和特异性。新的高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)技术与复杂背景下的痕量气体检测有效结合。19.使用FAIMS检测挥发性有机化合物，至少可以检测到11种挥发性有机化合物，最佳分辨率约为10ppt。20.使用FAIMS检测肺癌患者呼出的挥发性有机化合物具有快速的优点：检测时间仅为10毫秒左右。小型化：与传统呼出气体检测系统相比，放电通道与离子迁移通道高度集成，易于实现小型化。高灵敏度：检测灵敏度达到并超过现有大型检测设备。21，应用于神经退行性疾病的检测，以阿尔茨海默病和帕金森病为首的神经退行性疾病，正成为威胁中老年人健康的重大全球性公共卫生问题。到目前为止，全世界有2600多万阿尔茨海默病患者和500多万帕金森病患者，其中一半以上在中国，60岁以上人群中阿尔茨海默病和帕金森病的发病率分别为5%和2%。也就是说，在100名患有神经退行性疾病的患者中，有多达7人会因代谢异常而产生不同于健康人的挥发性有机化合物。高危人群的早期检测，实时监测，良好的预防和控制，胃肠道疾病假设的阿尔茨海默病，帕金森