最近，世界顶尖医疗机构克利夫兰诊所的研究团队在呼气代谢组学领域取得了新进展。由克利夫兰呼吸研究所主席Raed Dweik博士和心脏病专家Wai Hong Wilson Tang博士领衔，共同探索了呼气挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）在心力衰竭（Heart Failure, HF）患者风险分层中的应用潜力，为医学界带来了全新的疾病管理思路[1]。研究成果已发表于Metabolites杂志，研究表明人体呼出的丙酮和戊烷是HF的潜在新的生物标志物，在疾病鉴别、诊断和监测方面具有巨大潜力[2]。
心肺图 源自 Cleveland Clinic
HF是一种长期疾病，患者的心脏功能受损，往往无法有效泵送足够的血液以满足身体的正常需求。北京医院杨杰孚教授在Circulation子刊发表文章称，估计中国>25岁的成人中约有1210万例HF患者，其中年新发病300万例[3]。HF患者的5年死亡率高达50% ，甚至高于某些常见肿瘤（如膀胱癌、前列腺癌）[4]。
目前，HF患者迫切需要一种理想的监测设备。
现有的监测方法（如听诊器）虽然常用但缺乏定量分析和灵敏度，且高度依赖医生的经验。而X胸片、CT和超声心动图等影像学方法虽然具有一定的诊断价值，但它们不能实现随时监测，量化困难，并且还可能伴随辐射危害。导管等有创监测手段虽然精确，但通常仅限于重症监护室使用，并不适用于日常监测。因此，临床上仍需探索无创、精准、快捷的心衰监测管理方法。[5]
Dweik博士表示：“我们的前期研究发现，HF患者拥有独特的‘呼吸谱图’，他们呼出的气体中特定VOCs水平会升高。然而，VOCs在预测长期心血管死亡率和发病率方面的能力尚未得到充分研究。”
多项研究表明， HF患者的呼气中一氧化氮、戊烷和丙酮水平会升高，且呼气VOCs分析能够有效区分有充血性心力衰竭(Congestive Heart Failure, CHF)和非CHF的患者。但是，关于这些VOCs水平与患者临床状况的变化和功能能力之间的关联研究相对匮乏。[1]Dweik和Tang博士旨在前瞻性研究HF患者群体呼气中的丙酮和戊烷特征，为疾病监测提供新方向。
这项单中心、前瞻性临床研究纳入了患有急性失代偿性心力衰竭（Acute Decompensated Heart Failure, ADHF，CHF的一种急性加重状态）且伴随血容量过多的患者（称为ADHF组）。这些患者因病情恶化导致充血加重、需要利尿而出现症状加重和体征恶化的现象。
研究人员在患者入院时和利尿治疗48小时后分别测量了呼出气体中的丙酮和戊烷水平。在另一组接受心肺运动试验(Cardiopulmonary Exercise Testing, CPET)的51名心脏病患者中，研究人员在运动前和运动高峰时测量了呼出气体中的丙酮和戊烷水平。
研究结果
研究数据显示，两个队列中均显示出VOCs作为潜在标志物对HF患者疾病监测及预测的重要作用。
在ADHF队列中，较高的呼出气丙酮水平与ADHF 患者较低的左心室射血分数（评估心脏功能的重要指标，Left Ventricular Ejection Fraction，LVEF）及预后较差相关。
研究人员还发现，HF患者的呼出气中丙酮和戊烷的减少与患者体重减轻（有效利尿的标志）程度相关——体重减轻被视作有效利尿的替代标志，利尿是HF最重要的治疗手段，有效利尿则表明心衰患者的呼吸困难及水肿症状得到缓解。
ADHF 队列中呼出的丙酮/戊烷的变化和体重减轻的关联 [2]
在CPET队列的研究中，研究观察到患者呼出的丙酮和戊烷水平与反映疾病严重程度的心脏功能能力估值之间存在明显的直接关联。
呼出丙酮和戊烷水平高的患者，往往病情更为严重。研究人员进一步报告称：“在长达33个月的纵向随访中，我们发现那些呼出丙酮和戊烷水平较高的患者，更频繁地出现了如心室辅助装置植入、原位心脏移植等严重不良事件，甚至有些不幸离世。”
主要不良临床结果按呼出丙酮和戊烷的中位基线水平分层[2]
Tang 博士表示，总的来说，这些发现支撑了 VOCs 在HF诊断、治疗和预测中作为潜在生物标志物的重要作用。他指出，“经过连续的样本采集，我们能够实时追踪这些患者体内VOCs水平随临床状况改善而发生的动态变化。这项研究凸显了呼气VOC分析方法作为疾病监测技术的潜力。”
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精智未来呼气分子分析微型气相色谱仪BreathSequencer
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参考文献：
[1] New Cleveland Clinic-Led Research Highlights Novel Disease Monitoring Technique in Heart Failure.
[2] Tang, W.H.W.; Tranchito, L.; Albert, C.; Gul, Z.G.; Cikach, F.S., Jr.; Grove, D.; Wu, Y.; Dweik, R.A. Exhaled Breath Analysis Using Selected Ion Flow Tube Mass Spectrometry and Disease Severity in Heart Failure. Metabolites 2023, 13, 1.
[3] Hua Wang, et al. Prevalence and Incidence of Heart Failure Among Urban Patients in China: A National Population-Based Analysis. Circulation: Heart Failure. Originally published28 Aug 2021.
[4] 《中国心血管健康与疾病报告2020》
[5] 21世纪经济报道.《5年死亡率高达50%，心衰长效管理需求痛点怎么破？》
编者注
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