呼出氣一氧化氮檢測及其臨床意義研究進(jìn)展

呂福云，杜聞博，佟淑平，巴圖烏力吉

氣道炎性疾病是一類常見病、多發(fā)病、慢性病，鑒別對激素敏感的嗜酸粒細(xì)胞性氣道炎癥性質(zhì)〔如哮喘、嗜酸粒細(xì)胞性支氣管炎、部分慢性阻塞性肺疾病(COPD)等〕對臨床早期診斷、鑒別診斷、選擇用藥、調(diào)整激素劑量、預(yù)測病情變化及判斷預(yù)后等均具有重要意義。支氣管黏膜活檢是診斷氣道炎性疾病的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但因其有創(chuàng)而無法普遍開展;而傳統(tǒng)的依靠癥狀、體征及肺功能檢查等判斷氣道炎癥性質(zhì)存在諸多不足及較大局限性。

自1991 年國外學(xué)者首次報道呼出氣一氧化氮(FENO)可用于診斷氣道炎性疾病以來，大量實驗研究和臨床研究均證實嗜酸粒細(xì)胞性氣道炎癥患者在出現(xiàn)癥狀之前就存在炎性細(xì)胞分泌NO 增多現(xiàn)象，且NO 分泌量與氣道炎癥嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，F(xiàn)ENO 濃度增高常提示對激素治療敏感，但持續(xù)升高則提示治療無效、病情惡化或有可能復(fù)發(fā)，治療有效時FENO 濃度則以劑量依賴方式快速減少。大氣環(huán)境中NO 濃度很高，是氣道NO 濃度的數(shù)百至上千倍，因此美國胸科協(xié)會/歐洲呼吸協(xié)會(ATS/ERS)要求測定FENO 濃度過程中必須完全濾除外源性NO，且FENO 具有流速依賴性，呼出氣流速應(yīng)維持在50 ml/s 左右，檢測技術(shù)及設(shè)備應(yīng)具備全面質(zhì)控條件并遵循標(biāo)準(zhǔn)操作程序(SOP)進(jìn)行操作。目前，臨床上已廣泛采用經(jīng)批準(zhǔn)上市的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、設(shè)備檢測FENO，具有結(jié)果精確、數(shù)據(jù)可靠、重復(fù)性好等優(yōu)點，是一種理想的氣道炎性疾病無創(chuàng)檢查技術(shù)［1］。

1 FENO 發(fā)展史

自1991 年國外學(xué)者首先發(fā)現(xiàn)并證實人與動物呼氣中存在NO 以來，F(xiàn)ENO 檢測技術(shù)已歷經(jīng)20 多年發(fā)展歷史。FENO 是在一氧化氮合酶(NOS)作用下由氣道細(xì)胞分泌的［2］，最可能來源于上皮細(xì)胞而非內(nèi)皮細(xì)胞，最可能來源于氣道而非肺泡［3］。Alving 等［4］在1993 年研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者FENO 濃度明顯高于正常人，且接受糖皮質(zhì)激素治療后FENO 濃度明顯降低，兒童哮喘患者中也有類似現(xiàn)象。之后，眾多研究發(fā)現(xiàn)FENO 濃度與肺泡灌洗、誘導(dǎo)痰、支氣管激發(fā)試驗結(jié)果等具有高度關(guān)聯(lián)，可用于檢測多種呼吸道及非呼吸道疾?。?］，但也有學(xué)者對FENO 檢測的準(zhǔn)確性、重復(fù)性、一致性存在質(zhì)疑與爭論，因此，1993—2005 年可謂FENO 檢測技術(shù)發(fā)展階段。2003 年，美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)FENO 檢測產(chǎn)品上市，2005 年ATS/ERS 聯(lián)合公布了FENO 檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指南，使之前的質(zhì)疑與爭論告一段落。在此期間，在歐美地區(qū)一片將FENO 檢測用于常規(guī)臨床檢測項目的呼吁聲中，歐美權(quán)威醫(yī)學(xué)組織重點組織了多項大規(guī)模臨床試驗以驗證FENO 是否可以結(jié)合甚至取代肺功能檢查而用于常規(guī)臨床檢測。2005—2010年，關(guān)于FENO 檢測的爭論主要集中于FENO 檢測對哮喘的診斷價值及臨床管理指導(dǎo)價值。因此，ATS/ERS 在2009 年下半年連續(xù)多次聯(lián)合發(fā)表共識、聲明，在2010 年又制定了新的FENO 檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指南，規(guī)范了FENO 檢測臨床應(yīng)用范圍及檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自此，對FENO 的質(zhì)疑與爭論再次告一段落，并標(biāo)志著FENO 開始成為常規(guī)臨床檢測項目。

2 FENO 濃度與氣道炎性疾病

FENO 濃度與特異性反應(yīng)、支氣管高反應(yīng)性、支氣管舒張可逆性密切相關(guān)，還與哮喘患者血液、痰液、黏液、支氣管肺泡灌洗液(BAL)中嗜酸粒細(xì)胞數(shù)量、IgE 濃度相關(guān)［6］。經(jīng)抗感染治療或氣道炎癥改善后，F(xiàn)ENO 濃度很快降低，但氣道炎癥加重時FENO 濃度則升高，F(xiàn)ENO 平臺期很短但不一定與痰液嗜酸粒細(xì)胞數(shù)量變化平行［7］。此外，特異性反應(yīng)、過敏性鼻炎、無哮喘嗜酸粒細(xì)胞性支氣管炎、肝肺綜合征、肝硬化、急/慢性肺移植排斥反應(yīng)、呼吸道病毒感染患者FENO 濃度明顯升高;原發(fā)性纖毛運動障礙(PCD)、HIV 感染、急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)、肺動脈高血壓患者FENO 濃度明顯降低;但COPD、纖維化性肺炎、支氣管擴(kuò)張、類肉狀瘤病、系統(tǒng)性硬化病、囊性纖維化(CF)患者FENO 濃度是升高還是降低還不確定。目前，F(xiàn)ENO 檢測已被用作嗜酸粒細(xì)胞性氣道炎癥標(biāo)志物與“炎癥計”、哮喘“預(yù)警器”、抗感染藥物劑量與療效“指示劑”、炎性疾病控制管理效果“監(jiān)控器”。

3 FENO 檢測方法

FENO 檢測不僅具有無創(chuàng)、安全、快速、可靠等優(yōu)點，還具有分子診斷所特有的“早期性、預(yù)測性、預(yù)后性”等優(yōu)點［8］。目前國際上統(tǒng)一采用的FENO 濃度計量單位為ppb (1 ppb=1 ×10－9mol/L)，檢測方式為一口氣持續(xù)氣流技術(shù)，具體操作如下:受試者采取端坐位，將肺內(nèi)氣體盡量呼出后以口唇包緊過濾器，用嘴吸氣2 ～3 s 達(dá)肺總量(TLC)或接近TLC，然后以均勻的流速通過過濾器慢慢呼氣，呼氣時間維持在10 s左右，平均呼氣流速為50 ml/s，采用NO 測定儀記錄呼氣過程中至少3 s 恒定不變FENO 濃度;受試者需重復(fù)檢測3 次獲得位于檢測程序、計算程序、重復(fù)性規(guī)定限度內(nèi)FENO 濃度(允許誤差＜10%)，最后計算出3 次檢測的平均值作為最終檢測結(jié)果［9］。

4 FENO 濃度參考范圍

目前，國際上對于FENO 濃度的參考范圍仍存在一些爭議。Liu 等［10］對249 例不吸煙臺灣健康成人進(jìn)行FENO 檢測發(fā)現(xiàn)，其FENO 濃度平均為27.9 ppb (12.5 ～58.0 ppb)，其中女性為29.9 ppb (13.1 ～68.9 ppb)、男性為25.5 ppb (11.9～51.8 ppb);進(jìn)一步行多因素回歸分析發(fā)現(xiàn)，年齡、肺功能與FENO 濃度呈正相關(guān)，性別、身高、體質(zhì)量、外周血NO 水平與FENO 濃度無明顯相關(guān)。一般情況下，F(xiàn)ENO 濃度＞35 ppb、有呼吸道癥狀而未使用過激素治療者可考慮哮喘，如已接受吸入型糖皮質(zhì)激素(ICS)治療的哮喘患者仍有持續(xù)性癥狀、FENO 濃度＞35 ppb 則提示可能存在特異性反應(yīng)、持續(xù)性氣道炎癥或治療依從性差［11］。

4.1 參考范圍 成人FENO 濃度＜10 ppb 為降低，考慮PCD、CF;成人FENO 濃度10 ～35 ppb、不吸煙成人FENO 濃度24～54 ppb、兒童FENO 濃度5 ～25 ppb 為正常;不吸煙成人FENO 濃度上限與年齡 (y，歲)、身高 (h，cm)有關(guān)，其FENO 濃度上限=exp (0.057 +0.013h +0.0088y)，非過敏不吸煙成人FENO 濃度上限= exp (－ 0.0026 + 0.013h +0.010y);成人FENO 濃度＞35 ppb 為升高。一般情況下，成人和兒童FENO 濃度大于或小于參考范圍4 ppb 即可認(rèn)為是異常。

4.2 重復(fù)性 FENO 檢測組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)在成人和兒童中均為0.94，且無“學(xué)習(xí)效應(yīng)”及晝夜變化，重復(fù)性系數(shù)為(2.10 ±1.25)。

4.3 診斷哮喘 ＜7 歲的學(xué)齡前兒童FENO 濃度＞10 ppb 時診斷哮喘的靈敏度為86%，特異度為92%，陽性預(yù)測值為78%，陰性預(yù)測值為95%;成人FENO 濃度≥20 ppb 時診斷哮喘的靈敏度為88%，特異度為79%，陽性預(yù)測值為70%，陰性預(yù)測值為92%;針對美國空軍的一項研究結(jié)果顯示，F(xiàn)ENO濃度＞20 ppb 時診斷哮喘的靈敏度為53%，特異度為68%，陽性預(yù)測值為87%，陰性預(yù)測值為26%。

4.4 治療監(jiān)測 成人哮喘患者FENO 濃度＞47 ppb (200 ml/s)，第一秒用力呼氣末容積(FEV1)升高超過12%時，單磷酸腺苷(AMP)治療劑量應(yīng)提高兩倍;成人哮喘患者FENO濃度＜35 ppb，且哮喘復(fù)發(fā)率控制在49%以下〔全球哮喘防治倡議(GINA)推薦控制在90%以下〕時，ICS 劑量可減少;兒童哮喘患者FENO 濃度＜30 ppb，在ICS 劑量維持不變情況下，氣道高反應(yīng)性(AHR)可明顯改善。

4.5 預(yù)測病情失控 兒童哮喘患者FENO 濃度＞22 ppb 時預(yù)測病情失控的靈敏度為79%，特異度為69%，陽性預(yù)測值為53%，陰性預(yù)測值為92%; ＞35 ppb 時預(yù)測病情失控的靈敏度為71%，特異度為93%，陽性預(yù)測值為71%，陰性預(yù)測值為93%。

4.6 預(yù)測哮喘復(fù)發(fā) ICS 減少或停用4 周內(nèi)，成人哮喘患者FENO 濃度＞50 ppb、兒童哮喘患者＞49 ppb 時，其哮喘復(fù)發(fā)率等于相應(yīng)的陽性預(yù)測值。

5 FENO 檢測的臨床意義

5.1 哮喘 FENO 檢測可用于診斷哮喘，但病毒感染等引起FENO 濃度升高時可能導(dǎo)致假陽性結(jié)果，因此，F(xiàn)ENO 檢測適用于有慢性癥狀(持續(xù)時間＞6 周)哮喘患者。FENO 檢測診斷哮喘的靈敏度與特異度為80% ～90%，其診斷價值優(yōu)于肺功能檢查。病情不是十分嚴(yán)重的哮喘患者在癥狀、肺功能指標(biāo)出現(xiàn)異常之前已存在FENO 濃度升高，且FENO 濃度與氣道炎癥嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，此時其診斷哮喘的靈敏度與支氣管鏡下黏膜活檢或支氣管激發(fā)試驗相當(dāng)。由于激素治療哮喘靈敏、快速，因此，使用激素治療的哮喘患者肺功能檢查基本正常，按照FENO ＞33 ppb 和FEV1＜80%的標(biāo)準(zhǔn)可使診斷哮喘的靈敏度與特異度分別提高到94%與93%;非過敏性患者依靠傳統(tǒng)檢查方法常提示哮喘，但FENO 檢測正常，此時不能排除哮喘可能，還需要檢測AHR?？傊?，哮喘類型復(fù)雜多樣，F(xiàn)ENO 檢測只能“哮喘族群”的“一族”，F(xiàn)ENO 檢測在哮喘中的應(yīng)用主要包括以下幾個方面［11－13］: (1)協(xié)助早期診斷與鑒別診斷;(2)評估哮喘患者氣道炎癥嚴(yán)重程度;(3)評價藥物治療效果;(4)預(yù)測對首選治療藥物——激素的依從性; (5)為調(diào)整藥物劑量、制訂最佳治療方案提供參考;(6)預(yù)測哮喘發(fā)作。

5.2 非特異性呼吸系統(tǒng)疾病 FENO 檢測也可用于非特異性或非診斷性慢性呼吸系統(tǒng)疾病的鑒別診斷，主要包括嗜酸粒細(xì)胞性支氣管炎、咳嗽變異性哮喘、支氣管高氣道反應(yīng)、鼻后滴漏綜合征、胃食管反流病、發(fā)音功能障礙、原發(fā)性換氣綜合征、COPD 及兒童喘息性支氣管炎、CF、氣道及肺部異常、PCD 等。此外，F(xiàn)ENO 檢測也可用于非特異性呼吸系統(tǒng)疾病治療效果的監(jiān)測:嗜酸粒細(xì)胞性支氣管炎及咳嗽變異性哮喘患者FENO 濃度均升高，采用ICS 治療后會降低。FENO 檢測還有一定的“糾錯”作用:許多被診斷為哮喘或采用ICS 治療無效者FENO 濃度均較低，如兒童發(fā)音功能障礙被誤診為“哮喘”并采用ICS 治療無效者FENO 濃度常較低。

5.3 學(xué)齡前兒童 肺功能檢查及誘導(dǎo)痰檢測均不適用于學(xué)齡前兒童，可考慮FENO 檢測，但目前的學(xué)齡前兒童FENO 檢測技術(shù)仍存在一些問題，如學(xué)齡前兒童很難控制FENO 檢測標(biāo)準(zhǔn)要求的呼氣流量、壓力及時間等，雖然近年研究已取得了一些成果，但離臨床應(yīng)用還有一定差距。

5.4 過敏反應(yīng) 無論是否存在嚴(yán)重呼吸道疾病，過敏反應(yīng)均會引起FENO 濃度升高，且FENO 濃度與抗體性、IgE 濃度高度關(guān)聯(lián)，也就是說無呼吸道疾病的過敏患者FENO 濃度也會升高，因此有人認(rèn)為FENO 檢測可能僅限于檢測過敏患者，但事實并非如此。首先，并非所有過敏均可由皮膚穿刺檢測而明確，也就是說，由此斷定的“非過敏”可能存在假陰性結(jié)果(FENO 濃度升高并非均由過敏引起);其次，慢性呼吸道疾病患者FENO 正?；蚪档统Ｌ崾静⒎沁^敏造成，可幫助鑒別病因。臨床實踐中如遇到過敏反應(yīng)引起FENO 濃度升高患者，應(yīng)結(jié)合病史進(jìn)行診斷與治療。

5.5 COPD COPD 患者FENO 濃度是升高還是正常目前還未達(dá)成共識，因COPD 與吸煙、炎癥密切相關(guān)，而吸煙可抑制FENO 生成，炎癥可導(dǎo)致FENO 濃度升高。最新研究發(fā)現(xiàn)，是肺泡而非氣道FENO 濃度與COPD 高度關(guān)聯(lián)，可用于診斷COPD，但肺泡FENO 檢測技術(shù)難度大，臨床普遍開展難度較大。而對于哮喘及COPD，或許最重要的不是診斷的準(zhǔn)確性，而是能否預(yù)測病情發(fā)展或監(jiān)測抗感染藥物療效，目前研究已證實FENO 具有這方面應(yīng)用價值，但仍需進(jìn)一步研究驗證。

5.6 CF 有研究表明CF 患者FENO 濃度低于參考范圍，但尚未獲得用于臨床診斷許可。

5.7 PCD PCD 患者FENO 濃度遠(yuǎn)低于參考范圍，且PCD 患者鼻呼出一氧化氮(nNO)濃度更低，基本上可以排除其他疾病，因此nNO 檢測極有可能成為PCD 的首選篩查方法(現(xiàn)已經(jīng)被ATS/ERS 正式推薦)。研究表明，nNO 檢測診斷PCD的靈敏度為89% ～100%，特異度為97% ～100%。值得注意的是，接近PCD 患者FENO 參考值上限的測定值需鑒別支氣管擴(kuò)張癥或鼻竇炎等。

5.8 肺移植 肺移植術(shù)后肺功能差或不穩(wěn)定患者通常表現(xiàn)為FENO 濃度升高。

6 FENO 檢測新進(jìn)展

6.1 NO 分泌模型 大量研究表明，F(xiàn)ENO 濃度與呼氣流速有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，最新研究認(rèn)為，可用氣道模型和肺泡模型來測量肺內(nèi)NO 濃度，其中肺泡模型用單一參數(shù)來描述，即Calv、Falv 或ss (ppb 或mm Hg)，氣道模型用兩個參數(shù)來描述，即氣道彌散量〔DawNO (mlNO/s/mm Hg 或mlNO/s/ppb)〕和氣管壁濃度(或稱氣管壁通量，CawNO 或FawNO)。這兩種模型的潛在應(yīng)用價值包括兩個方面:(1)區(qū)分病變是來自氣道還是肺泡; (2)參數(shù)不依賴于呼氣流量，可用不同方法進(jìn)行多流量測量，因此其可以鑒別健康受測者NO 代謝情況，也能鑒別一些疾病，包括哮喘［14］、過敏性肺炎、CF、皮硬化、過敏性鼻炎、COPD，還可用于機(jī)械通氣患者及嬰兒［15］。雖然應(yīng)用前景廣闊，但目前關(guān)于NO 分泌模型的研究還處于研發(fā)階段。

6.2 機(jī)械通氣患者FENO 檢測 FENO 檢測在危重患者和機(jī)械通氣患者中的應(yīng)用機(jī)會與挑戰(zhàn)并存，目前FENO 檢測已被推薦作為感染、貧血、嚴(yán)重肺損傷及局部缺血癥狀的診斷手段，在線、離線以及二者聯(lián)用的方法已作為重癥患者的診斷手段。

6.3 危重患者潮式呼吸NO 在線檢測 在一次呼吸過程中，通過在恒定的流量下持續(xù)取樣，將在線方法與快速響應(yīng)的化學(xué)發(fā)光分析儀相結(jié)合能夠測量危重患者潮式呼吸NO 濃度，同時記錄二氧化碳濃度可能有助于數(shù)據(jù)分析和處理，但應(yīng)注意管道取樣的特殊性、NO 特性、二氧化碳及流量測量、化學(xué)發(fā)光儀響應(yīng)時間及時間延遲等因素。

6.4 危重患者憋氣時NO 在線檢測 危重患者憋氣時NO 在線檢測操作簡單，或許對危重患者有較高的應(yīng)用價值，特別是對于潮式呼吸受限患者。

6.5 危重患者混合氣中NO 分析 危重患者混合氣中NO 分析需將混合室接在出氣口上，采用NO 分析儀進(jìn)行實時取樣，這種檢測方法允許患者多次呼吸取平均值，避免了二氧化碳和NO 測量間的延時問題。

6.6 危重患者NO 離線檢測 NO 離線檢測較在線檢測有許多優(yōu)勢，其中最大的優(yōu)勢就是可以在與跟取樣不同的時間和不同的地點進(jìn)行分析，并不依賴患者呼氣時間。NO 離線檢測的氣體收集方法有多種，單次呼氣和多次呼氣都可以分析。目前，NO 離線檢測的氣體收集方法還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此采用不同方法收集的NO 濃度變化很大，還有以下幾個方面需要進(jìn)一步深入研究:(1)機(jī)械通氣危重患者的FENO 檢測問題; (2)FENO 分析方法標(biāo)準(zhǔn)化;(3)FENO 潛在應(yīng)用價值、疾病管理及治療效果評價。

7 小結(jié)與展望

綜上所述，F(xiàn)ENO 檢測在診斷哮喘，預(yù)測激素治療依從性及判定療效，鑒別PCD、CF、系統(tǒng)性硬化，評估肺移植效果等方面均具有較高的臨床應(yīng)用價值，F(xiàn)ENO 檢測提供的信息是病史、體格檢查及肺功能檢查等所不能提供的，有助于提高臨床醫(yī)師對氣道炎性疾病診治水平，或許能將臨床對氣道炎性疾病的管理水平提高到一個新的高度。

1 Ricciardolo FL. Revisiting the role of exhaled nitric oxide in asthma［J］. Curr Opin Pulm Med，2014，20 (1):53－59.

2 Guida G，Culla B，Scirelli T，et al. Exhaled nitric oxide and nitric oxide synthase expression in Hodgkin's disease ［J］. Int J Immunopathol Pharmacol，2009，22 (4):1027－1034.

3 趙麗敏，馬利軍. 呼出氣一氧化氮檢測及臨床意義［J］. 中華實用診斷與治療雜志，2011，25 (5):422－423.

4 Alving K，Weitzberg E，Lundberg JM. Increased amount of nitric oxide in exhaled air of asthmatics ［J］. Eur Respir J，1993，6 (9):1368－1370.

5 祝筱姬，孟曉. 呼出氣一氧化氮與支氣管哮喘［J］. 臨床肺科雜志，2014，19 (7):1318－1320.

6 Zietkowski Z，Bodzenta－Lukaszyk A，Tomasiak MM，et al. Comparison of exhaled nitric oxide measurement with conventional tests in steroid－naive asthma patients ［J］. J Investig Allergol Clin Immunol，2006，16 (4):239－246.

7 Deykin A，Lazarus SC，F(xiàn)ahy JV，et al. Sputum eosinophil counts predict asthma control after diseontinuation of inhaled corticosteroids ［J］.J Allergy Clin Immunol，2005，115 (4):720－727.

8 白曉雪，華樹成，竭晶，等. 呼出氣一氧化氮在慢性過敏性肺炎診斷中的應(yīng)用價值［J］. 中國實驗診斷學(xué)雜志，2014，18 (1):39－42.

9 劉霞，許文兵，劉亞男，等. 呼出氣一氧化氮對成人支氣管哮喘治療的指導(dǎo)作用［J］. 中國呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志，2014，13 (2):120－124.

10 Liu HC，Hsu JY，Cheng YW，et al. Exhaled nitric oxide in a Taiwanese population:age and lung function as predicting factors ［J］. J Formos Med Assoc，2009，108 (10):772－777.

11 Lim KG，Mottram C. The use of fraction of exhaled nitric oxide in pulmonary practice ［J］. Chest，2008，133 (5):1232－1242.

12 Majid H，Kao C. Utility of exhaled nitric oxide in the diagnosis and management of asthma ［J］. Curr Opin Pulm Med，2010，6 (1):42－47.

13 Bernstein JA，Davis B，Alvarez－Puebla MJ，et al. Is exhaled nitric oxide a useful adjunctive test for assessing asthma ［J］. J Asthma，2009，46 (9):955－960.

14 Hewitt RS，Modrich CM，Cowan JO，et al. Outcomes using exhaled nitric oxide measurements as an adjunct to primary care asthma management ［J］. Prim Care Respir J，2009，8 (4):320－327.

15 萬斌. 吸入一氧化氮治療新生兒吸入性肺炎伴呼吸衰竭的療效觀察［J］. 實用心腦肺血管病雜志，2012，20 (1):101.