抽象的
如果能够识别出特定疾病的挥发性生物标志物,那么非侵入性呼吸分析可以为癌症识别提供有价值的信息。以比较非病变组织和病变组织体内,本研究利用了肺手术中单肺通气(OLV)的特殊情况。
15名患有OLV肺切除肺切除的癌症患者。从每只患者,肺泡呼吸样品与肿瘤切除之前和之后分开从健康和患病肺部进行。通过固相微萃取物预浓缩挥发物质,并通过气相色谱 - 质谱法分离,鉴定和定量。
不同类的挥发性物质可以根据其浓度分布来识别。由于长时间空腹和脂肪分解的激活,内源性丙酮浓度在手术过程中显著上升。外源性物质,如苯或环己酮,呈典型的洗出呼气动力学。呼出浓度的潜在肿瘤相关的物质,如丁烷或戊烷,分别对未患病的和患病的肺不同和手术后显著降低。
单独分析来自同一患者的健康和患病肺部呼出的挥发物质,以及彻底考虑到物质起源和呼气动力学提供了独特的生物标志物识别和评估机会。
与血液分析或组织活组织检查相反,呼出的呼吸分析是完全无侵入的,并且可以反复和经常对患者的任何负担进行呼吸的采样,并且没有收集样品的工作人员的任何风险。近年来,已经提出了呼吸分析潜在应用,以检测肺部疾病并识别体内炎症和恶性过程,以及检测同种异体移植抑制和肾功能衰竭的特殊患病状态[1- - - - - -5].然而,迄今为止,这些标记或标记集中的任何一个都没有在可靠的疾病识别和足够的敏感性和特异性方面达到临床相关性。对此的原因是灵感浓度,前进的摄入和环境污染的实际排泄的影响以及呼出物质浓度的巨大和中内内变化[6- - - - - -8].由于后者,不同个体之间的物质呼出的比较经常产生模糊或矛盾的结果。
目前原发性或继发性肺肿瘤的治疗选择包括肺减容手术,以改善肺功能、健康相关生活质量和体育锻炼能力。常规手术和麻醉程序包括单肺通气(OLV)和双腔气管内管(DLT)。为了改善术中情况,病变的肺在手术中不通气。常用的左侧dlt可使左右肺完全分离,肺可独立通气。此外,可以防止左右肺呼出的气体混合。
本研究旨在利用OLV的特殊情况。当患有肺肿瘤的病人接受机械通气时通过DLT在肺手术期间,可以比较来自无屏和患病组织的挥发性物质。
详细讨论了下列问题。1)肺癌患者在肺肿瘤切除前后的呼出成分有哪些差异?如果可以识别出差异,潜在的物质是内源性的还是外源性的化合物?2)同一患者健康和病变肺部呼出物质浓度是否有差异?
材料与方法
耐心
在当地伦理委员会(德国罗斯托克,德国)批准后,在获得书面知情同意后,15名癌症患者注册了该研究。12名患者患有原发性肺肿瘤,分别具有肾,前列腺和子宫癌的肺转移。所有患者都有吸烟历史。所有患者患有胸廓切开术和肿瘤切除。在手术期间orv在制定。为此目的(左侧)DLT被引入患者的气囊。在手术过程中,患者以患病侧的方式陷入侧向位置。记录了体重,体高,血压和心率等生理参数。综述了患者的人口统计学特征表格1.
呼吸气体抽样
呼气样本和动脉血液样本肺部手术开始前麻醉诱导后进行测量,并且肺部手术结束后。由于病人已经插管用的DLT(ROBERTSHAW管;得自Mallinckrodt医疗,Cornamaddy阿斯隆,爱尔兰),样本来自健康和患病的肺单独绘制。
详细的研究设计和呼吸气体采样显示在图1.一种灭菌的不锈钢T形件和快速响应的主流谱系仪(Capnogard; Novametrix,Wallingford,CT,USA)的测量比色皿已被纳入DLT的连接器附近的呼吸回路。如前所述,在过期的二氧化碳张力视觉控制下,从呼吸回路中取出15毫升肺泡气体(P有限公司2)以这样的方式,即仅在肺泡期限期间发生气体收集[6,9].从左侧DLT的气管腔取右肺肺泡标本,同时双肺通气通过DLT。从DLT的支气管腔内取左肺样本。灵感样本取自医用合成空气。
在一个病人,额外的肺泡呼吸气体样品在自主呼吸采取术前一天[8].来自该患者的激发样品并行从环境空气中取出。
为了评估来自DLT材料的污染,从通过分离的DLT通过的清洁合成空气中取出气体样品。在该实验设置中,将新的未使用的DLT安装在未连接到患者的呼吸回路中。
将所有气体样品立即转移到20毫升废除的密封玻璃瓶(Gerstel,Muelheim An der Ruhr,德国)。在取样后,收集每个测量的至少两个样品并在6小时内加工。
分析程序
样品中的挥发性物质经固相微萃取(SPME)预先浓缩,详情如前所述[8].采用CTC Combi PAL SPME自动进样器对挥发性有机物进行自动预富集和解吸。气相色谱-质谱(GC-MS)分析由Varian Star 3900 CX气相色谱仪(Varian, Palo Alto, CA, USA)和Varian土星2100质量离子阱光谱仪(Varian)使用电子撞击电离(EI, 70 eV)进行。
选择38种挥发性有机物质(烃类、酮类、醛类、醇类、乙腈、二甲基硫化物和芳香族化合物),通过在0.10-60.58 nmol·L范围内进行校准,对(呼吸)样品进行定量−1(表2.).分析方法的详细资料已在前面说明[8].简单地说,线性范围,检测限(检测限)和定量限(定量限),使用七点校准具有六个重复进行了测定。物质鉴定通过保留时间和质谱与那些纯标准物质进行比较证实。
统计分析
使用Sigmastat 3.5 / Sigmaplot 10.0进行统计计算(Systat Software Inc.,Richmond,CA,USA)。通过对肺手术前后的不同测量的数据之间的多重比较是通过成对的T检验和用于通常分布值的反复测量ANOVA或通过反复测量ANOVA对非参数数据的级别进行的。一个事后学生 - 新手龙尔斯试验用于检测组之间的显着差异。结果为平均值±扫描电镜或者作为中位数和第25 - 75个百分位数,如果合适的话。p值<0.05被认为有统计学意义。为了减少个体间的差异并使结果具有可比性,呼吸样本中的挥发性有机化合物浓度被归一化为样本中呼出的浓度,这些浓度是在肺手术开始前插管后直接从未患病的肺中提取的。
结果
表2.显示LOD,LOQ和检测范围38选择的挥发性有机化合物。
表3示出的所有化合物的定量数据呈现在可测量的浓度在患者的呼出气中。五种化合物具有健康和患病的肺显著不同的浓度或呈呼出浓度的差异时,测定前或术后的浓度。
手术过程标准化丙酮浓度显著上升。当前和手术后水平进行比较归一化的环己酮,苯,丁烷和戊烷的浓度显著降低。所有其他的33种化合物的浓度呼气之前或胸外科手术后并没有表现出健康和疾病之间的肺部任何统计学显著差异。呼出浓度的更详细介绍中示出图2和表3.
动脉的比率P有限公司2(P,有限公司2)和终末潮汐二氧化碳张力(P等,CO2)没有差异P有限公司2在手术前后比较健康和患病肺的呼出(P = 0.107)。在健康的肺部,平均值±扫描电镜P,有限公司2/P等,CO2为1.09±0.04,术前和1.16±0.06手术后。在患病的肺部,平均值±扫描电镜P,有限公司2/P等,CO2术前为1.07±0.04,术后为1.21±0.08。
图3.显示肺手术前后呼出丙酮浓度和平均动脉血葡萄糖浓度。手术后丙酮浓度明显高于麻醉后诱导后(P = 0.003)。血液葡萄糖浓度显示出手术后增加的趋势(p = 0.073)。
在从空气中已经通过分离DLT驱动的样品,平均物质浓度分别为73.10nmol·L−1对于异丙醇,11.26nmol·L−1环己酮为0.19 nmol·L−1对于庚烷和0.17nmol·L−12-butanone。在这些样品中无法检测到其他所有化合物。图4.显示环境空气中呼出的环己酮和异丙醇浓度和从分离的DLT空气样品中的物质浓度。此外,还显示了一个患者在自主呼吸和机械通气下的环己酮和异丙醇浓度。
讨论
在接受肺手术的肺部切除术的患者中进行了从非接种和患病肺的单独的气体取样。可以根据其浓度谱来识别不同类别的物质。内源性血型物质如异戊二烯被肿瘤和手术呼出。内源性血液的物质如丙酮表现出与代谢相关的浓度曲线。外源性血型物质如苯显示特有的洗涤动力学。来自环境空气或管道的外源性物质可能会针对癌症生物标志物进行癌症生物标志物错误。内源性血型物质如丁烷和戊烷,分别与肿瘤生长和肿瘤切除有关。该研究的结果强调了在要鉴定新的生物标志物时,对物质起源和生化途径的重要性。
本研究分析的物质是根据呼吸生物标志物的实际知识选择的。特别关注已被描述为潜在癌症生物标志物的物质,如(支链)碳氢化合物[10]和含氧化合物[3.].与最近的一些研究相反,尽管我们的方法相应的lod在一些pmol·L范围内,但在我们的患者的可追踪浓度中无法检测到支链烃−1(每万亿零件零件(PPTV-PPQV))。在引用的研究中,大多数这些物质在高浓度中发现了灵感空气的浓度而不是过期的空气。此外,已知分枝的烃来自塑料材料或绘画[11,12].因此,必须假设这种类型化合物的起源是污染而不是内源性生产。代表吸烟相关化合物的乙腈和芳族化合物[4患者呼出空气中的典型浓度被发现。这些化合物的浓度没有显示出患病和健康肺之间的任何差异。已知二甲基硫醚由牙龈细菌产生[13因此,在来自插管和机械通风患者的呼出空气中仅在非常低的浓度下可检测到。呼出的醛浓度在来自健康和患病的肺部的样品中可比较。可以在这些化合物的相对高的灵感浓度中看到这一点的可能原因。
最后,在比较前后和后后水平时,五种物质在患病和健康肺部之间存在显着差异或不同。这些物质是丙酮,丁烷,戊烷,环己酮和苯。
由于丙酮通过乙酰乙酸脱羧形成,其血液中的浓度取决于葡萄糖代谢和脂肪分解的程度[14].从临床研究和血清葡聚糖对照中的临床研究中已知应激诱导的血葡萄糖的增加[15].肺手术持续1.5和5.0小时。因此,通过延长禁食后,通过脂解和keetogate逐渐增加呼出的丙酮浓度。P已经观察到这种现象ABST.等.[16]和M.ieth等.[17在接受心脏手术的病人中。因此,丙酮是一种有趣的代谢标志物,但不是一种特定的癌症物质。由于丙酮的生成不仅与葡萄糖代谢有关,而且还取决于脂解的程度,呼出的丙酮比血液中的葡萄糖表现出更陡峭的升高。
根据它们的浓度分布,丁烷、戊烷、环己酮、苯和庚烷可能分别与肿瘤生长和肿瘤切除有关。
丁烷和戊烷分别与氧化应激和支气管癌有关[10].氧化应激被称为与癌症生长相关的基本机制。关于肿瘤生长和切除,丁烷和戊烷浓度的时间谱可以如下所述。1)丁烷和戊烷与肿瘤生长有关,因为它们的浓度在切除前患病肺部最大。2)从肿瘤产生的丁烷和戊烷可以直接给予肺泡,但也可以分泌到血液中。因此,来自无屏肺部的呼出浓度不一定是零。3)切除后,呼出的丁烷和戊烷浓度最多在前身患有肿瘤中除去的肺部。从这些发现中可以推断出丁烷和戊烷代表肺部肿瘤生长的标志物。在庚烷的浓度谱中可能会看到类似的趋势。作为N-烷烃,该物质也已与支气管癌有关[10].由于丁烷、戊烷、庚烷等非极性物质可以在脂质组织中储存相当长的时间,所以很难说需要多少时间才能使呼出的浓度降至“零”。因此,缓慢下降的呼出的丁烷,戊烷和庚烷浓度不会先天的将这些物质排除在肿瘤生长中。在这些物质可以被宣布为癌症疾病的生物标志物之前,必须在更大数量的患者中确认生化途径的细致追踪。
米isthos.等.[18报道称,可以通过olv本身产生氧化应激。在他们的研究中,在经典肺重新扩张后,严重的氧化负担发生了几分钟。与这些结果相比,在我们研究中手术和肺重新扩张后,所有氧化应激标记物的浓度降低。这可能是由于在重新扩展肺后立即进行呼吸气体抽样。
尽管其似乎肿瘤特异性浓度分布,环己酮是不是癌生物标记,而只是从ROBERTSHAW管的材料起源。环己酮从管发出,浓度的变化典型地反映了这种来自吸入空气的物质的洗脱动力学。由于患病的肺部手术期间不通风,当与未患病的肺,它有不断被通风冲洗相比,在手术结束时是不完整的。环己酮是生产由聚氯乙烯医疗设备,如静脉注射液袋,气管内导管,体外循环管路,体外膜式人工氧合的设备和血液透析膜的使用有机溶剂。的聚氯乙烯和环己酮的毒性已在动物模型中进行了评估。该物质可能对减少心脏和细胞活力[19,20.],抑郁的心脏收缩力[19,21.],神经学异常[22.],水肿[19死亡或垂死州[19,22.].不考虑物质起源,而不考虑来自环境空气或管材材料的潜在污染,环己酮肯定会被误认为是潜在的生物标志物。
苯是一种化合物,通常出现在香烟烟雾中,并储存在不同的身体部位[4,23.- - - - - -25.].在这项研究中,所有的病人都是有吸烟前科的人。在肺手术期间,物质浓度遵循经典洗脱动力学。
异丙醇代表消毒剂的典型成分。因此,并不奇怪,异丙醇浓度在从已通过分离的DLT后的空气样品极高。
所有调查样品均检出异戊二烯。因为异戊二烯与胆固醇的生物合成有关[26.,它的呼出并不依赖于手术或任何形式的肿瘤存在。
呼出物质浓度在个体间有显著差异。由于这个原因,浓度被归一化,每个病人作为他自己的控制,个体间变异的影响被减少。
对于其他用于呼气分析的方法,SPME GC-MS分析存在局限性,例如在LOD / LOQ方面。然而,对于大多数正在调查的化合物,LOD / LOQs在低Nmol·L中−1(pptV)的范围,因此,可与该领域发表的其他方法相媲美,甚至更好。此外,当考虑浓度范围低于pptV时,几乎所有的化合物都可以从环境中检测到。
OLV在胸外科中应用广泛。在肺手术中,患者侧卧于健康肺的一侧,手术后的肺在一段时间内仍然完全不张。因此,由于缺氧肺血管收缩,不通气的肺也会低灌注[27.].难以预见到操作肺部重新扩展后哪种通风/灌注错配。由于患者的横向位置,由于持久性的持久性,由于持久性的持久性而导致的分流灌注。因此,当分流灌注普遍时,通过动脉和末端二氧化碳测量的死空间校正将产生错误的结果。此外,水溶解度低的物质的呼出,例如丁烷,戊烷和庚烷,不依赖于与二氧化碳相同的死空间通风。由于这些原因,我们没有通过终端和动脉的比率施加死空间校正P有限公司2.此外,死区通风程度的平均值P,有限公司2/P等,CO2肺手术前后没有什么不同。
总之,OLV切除支气管癌被证明是评估可能肿瘤特异性挥发物质的有价值的环境。单独分析来自同一患者的健康和患病肺部呼出的挥发物质,以及对物质起源和呼气动力学的彻底考虑,提供了独特的生物标志物识别和评估机会。
脚注
支持声明
该研究由欧洲委员会通过Strep Project BAMOD(第六框架计划,Project No LSHC-CT-2005-019031)支持。
兴趣表
没有宣布。
- 收到了2011年7月22日。
- 接受2011年12月14日。
- ©2012年