氫呼吸試驗(yàn)最重要的診斷作用是能無(wú)創(chuàng)分析血液內(nèi)氫氣的濃度，或準(zhǔn)確判斷氫氣的作用劑量，這是氫氣醫(yī)學(xué)非常有價(jià)值有意義的指標(biāo)。這也是我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)這一材料的關(guān)鍵原因。今天我們學(xué)習(xí)如何采集呼吸氣體，并介紹分析呼吸氣體中氫氣含量的技術(shù)。

和生活最接近的是查酒駕讓駕駛員吹氣測(cè)定酒精濃度，這和氫呼吸試驗(yàn)的基本原理是一樣一樣的，只是分析酒精和分析氫氣的方法不一樣。查酒駕還需要抽血化驗(yàn)血液酒精濃度，氫氣濃度分析也一樣，如果要有更準(zhǔn)確的氫氣劑量數(shù)據(jù)，也需要抽血分析血液中的氫氣濃度。
 

四、氫呼吸試驗(yàn)的采樣方法
 

氫呼氣試驗(yàn)中，呼氣樣品的采集方法和程序都非常重要。首先要理解背景校正的重要性。分析氫氣和甲烷時(shí)，ppm是一種非常低的濃度，如何避免吸入空氣中甲烷和氫氣的干擾就十分重要了。理想的方法是讓受試者吸入清潔的空氣，但在使用中難度比較大。也可以用室內(nèi)空氣作為本底去除其中氫氣和甲烷的濃度。
 

氫呼氣試驗(yàn)分析口腔盲腸過(guò)渡時(shí)間時(shí)，一般是口服乳果糖。但是乳果糖不是生理狀態(tài)，且重復(fù)性不強(qiáng)。也有口服牛奶代替乳果糖，但牛奶不是一個(gè)理想的工具，因?yàn)榕Ｄ淌且后w，氫氣濃度可能受到乳糖酶水平的影響。
 

測(cè)試前12小時(shí)禁食，患者對(duì)采氣袋吹氣采集肺泡氣，將袋子吹滿。根據(jù)測(cè)試的目的患者口服一定劑量乳糖、蔗糖、山梨糖醇、果糖、乳果糖等。然后每15分鐘采集一次氣樣，持續(xù)3-5小時(shí)。
 

什么是肺泡氣。呼出氣主要由兩部分構(gòu)成，一部分是來(lái)自上呼吸道的未與血液發(fā)生氣體交換的約200ml死腔氣，另一部分是與血液發(fā)生了氣體交換的來(lái)自肺泡深處的氣體約300-500ml，稱為肺泡氣。全部呼出氣體中氫氣濃度一般比肺泡氣樣本中的濃度低兩到三倍。用于診斷的呼出氣分析為排除死腔氣的肺泡氣。圖4為肺泡氣采集方法。

圖4 肺泡氣體采集方法
 

有一種相對(duì)簡(jiǎn)單的采樣塑料袋，受試者只需要屏住呼吸3秒，然后呼出2秒后對(duì)采樣袋吹氣。美國(guó)胸外科學(xué)會(huì)發(fā)表過(guò)具體的肺泡氣體采樣建議。

圖5 氫呼氣試驗(yàn)分析系統(tǒng)
 

五、氫呼氣試驗(yàn)分析方法
 

采集到的氣體一般直接進(jìn)行氫濃度分析，少數(shù)用固相微萃取后分析。用于氣體成分分析技術(shù)有很多，可分為三類。
 

(1)傳統(tǒng)的分析技術(shù)是氣相色譜GC，結(jié)合質(zhì)譜(MS)或火焰離子化檢測(cè)儀(FID)，或更新的離子遷移譜。(2) 氣相色譜結(jié)合金屬氧化物氣體傳感器。(3)新型傳感器(電子鼻)。
 

氣相色譜主要的作用是氣體成分分離，也具有濃縮分析成分的作用。圖5顯示了呼吸氣成分分析系統(tǒng)的模式圖。分析氣樣被惰性氣體(即載氣，也叫流動(dòng)相)帶入色譜柱，柱內(nèi)含有液體或固體固定相，由于樣品中各組分沸點(diǎn)、極性或吸附性能不同，每種組分都傾向于在流動(dòng)相和固定相之間形成分配或吸附平衡。但由于載氣是流動(dòng)的，這種平衡實(shí)際上很難建立起來(lái)。也正是由于載氣的流動(dòng)，使樣品組分在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行反復(fù)多次的分配或吸附/解吸附，結(jié)果是在載氣中濃度大的組分先流出色譜柱，而在固定相中分配濃度大的組分后流出。這樣就產(chǎn)生了氣體成分的分離目的。
 

雖然GC–FID(氣相火焰離子化檢測(cè)儀)是最常用的氣相色譜氣體分析方法，但是這種方法不能分析氫氣，因?yàn)榉治鲞^(guò)程中需要用氫氣作為火焰燃料。
 

離子遷移譜也稱離子遷移率譜，是在 20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)的一種新的氣相分離和檢測(cè)技術(shù)。它以離子漂移時(shí)間的差別來(lái)進(jìn)行離子的分離定性，借助類似于色譜保留時(shí)間的概念，起初被稱為等離子體色譜。離子遷移譜特別適合于一些揮發(fā)性有機(jī)化合物的痕量探測(cè)，如化學(xué)戰(zhàn)劑、毒品、爆炸物和大氣污染物等，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)安檢和戰(zhàn)地勘查，并在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)等方面有應(yīng)用。離子遷移譜可以和質(zhì)譜整合，可以獲得更好的分析準(zhǔn)確性和分析效率。但離子遷移譜對(duì)分析氫氣和甲烷也不是理想方法。
 

金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測(cè)氣體與半導(dǎo)體(主要是金屬氧化物)表面接觸時(shí)，產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物性變化來(lái)檢測(cè)氣體。半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體氣敏傳感器接觸還原性氣體電阻下降。n型金屬氧化物半導(dǎo)體比p型敏感性高，典型的n型金屬氧化物半導(dǎo)體有氧化錫，典型的p型金屬氧化物半導(dǎo)體有氧化鎳和三氧化四鈷。GC結(jié)合n型金屬氧化物半導(dǎo)體是各種呼吸氣體成分的強(qiáng)大分析系統(tǒng)。許多研究報(bào)道，如果系統(tǒng)調(diào)整適當(dāng)，GC–MS、GC–FID和GC+半導(dǎo)體的精確度沒(méi)有顯著差別。但是GC和半導(dǎo)體結(jié)合敏感度更高，使用也更簡(jiǎn)便。電子鼻是用多種特定氣體感受器組成，模擬生物嗅覺(jué)的系統(tǒng)，能分析氣體的濃度。一般來(lái)說(shuō)，電子鼻更便宜、方便、分析速度快，一般30分鐘內(nèi)可分析一個(gè)樣品。
 

主成分分析(PCA)是一種統(tǒng)計(jì)方法。通過(guò)正交變換將一組可能存在相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)換為一組線性不相關(guān)的變量，轉(zhuǎn)換后的這組變量叫主成分。曾經(jīng)有報(bào)道用電子鼻分析燒傷病灶氣體成分，使用主成分分析統(tǒng)計(jì)方法尋找主成分，用于感染細(xì)菌類型的診斷。雖然主成分分析對(duì)氫氣分析沒(méi)有必要，但這種方法的臨床應(yīng)用比較重要，尤其是尋找和氫氣相關(guān)的其他有重要生理病理價(jià)值的氣體。
 

新型電子鼻感受器使用功能化金納米顆粒，這些顆粒用各種有機(jī)物進(jìn)行功能化改造，能分析多種特異性氣體分子。這種電子鼻不需要對(duì)氣樣進(jìn)行預(yù)處理，操作簡(jiǎn)單快速。最近這方面研究重點(diǎn)優(yōu)化感受器材料，提高選擇性和對(duì)水分等敏感性危害因素的耐受力。氧化錫是最敏感的金屬氧化物感受器材料，通過(guò)改變處理過(guò)程改變形態(tài)可提高敏感性。
 

對(duì)于氫呼吸試驗(yàn)，使用熱導(dǎo)式氣體傳感器傳感器設(shè)備(THS)敏感度和選擇性都能滿足需要，在含有水蒸氣和甲烷、酒精、一氧化碳等多種可燃性氣體的混合氣中檢測(cè)出ppm級(jí)的氫氣。這種感受器不僅有比較高的選擇性，而且反應(yīng)速度快，適合呼吸過(guò)程的實(shí)時(shí)分析。
 

后記，有一些反對(duì)氫氣醫(yī)學(xué)的人士提出一個(gè)證據(jù)是，來(lái)自腸道內(nèi)細(xì)菌每天能產(chǎn)生12升氫氣，如果氫氣有作用，喝氫水中溶解的微量氫氣不可能產(chǎn)生效果。其實(shí)根據(jù)呼吸氣氫濃度分析的數(shù)據(jù)看，人體內(nèi)一般氫氣含量極其稀少，甚至有許多人檢測(cè)不到。所謂12升的說(shuō)法根本就是推測(cè)，不是真實(shí)的情況，因?yàn)檠汉秃粑鼩怏w中氫氣才真正代表氫氣產(chǎn)生作用的濃度。少數(shù)人濃度高也是因?yàn)轱嬍吵煞謱?dǎo)致，這些體內(nèi)氫氣濃度比較高的人，氫氣有可能會(huì)發(fā)揮作用。