呼出气一氧化氮检测及其临床意义研究进展

吕福云，杜闻博，佟淑平，巴图乌力吉

气道炎性疾病是一类常见病、多发病、慢性病，鉴别对激素敏感的嗜酸粒细胞性气道炎症性质〔如哮喘、嗜酸粒细胞性支气管炎、部分慢性阻塞性肺疾病(COPD)等〕对临床早期诊断、鉴别诊断、选择用药、调整激素剂量、预测病情变化及判断预后等均具有重要意义。支气管黏膜活检是诊断气道炎性疾病的“金标准”，但因其有创而无法普遍开展;而传统的依靠症状、体征及肺功能检查等判断气道炎症性质存在诸多不足及较大局限性。

自1991 年国外学者首次报道呼出气一氧化氮(FENO)可用于诊断气道炎性疾病以来，大量实验研究和临床研究均证实嗜酸粒细胞性气道炎症患者在出现症状之前就存在炎性细胞分泌NO 增多现象，且NO 分泌量与气道炎症严重程度呈正相关，FENO 浓度增高常提示对激素治疗敏感，但持续升高则提示治疗无效、病情恶化或有可能复发，治疗有效时FENO 浓度则以剂量依赖方式快速减少。大气环境中NO 浓度很高，是气道NO 浓度的数百至上千倍，因此美国胸科协会/欧洲呼吸协会(ATS/ERS)要求测定FENO 浓度过程中必须完全滤除外源性NO，且FENO 具有流速依赖性，呼出气流速应维持在50 ml/s 左右，检测技术及设备应具备全面质控条件并遵循标准操作程序(SOP)进行操作。目前，临床上已广泛采用经批准上市的标准化技术、设备检测FENO，具有结果精确、数据可靠、重复性好等优点，是一种理想的气道炎性疾病无创检查技术［1］。

1 FENO 发展史

自1991 年国外学者首先发现并证实人与动物呼气中存在NO 以来，FENO 检测技术已历经20 多年发展历史。FENO 是在一氧化氮合酶(NOS)作用下由气道细胞分泌的［2］，最可能来源于上皮细胞而非内皮细胞，最可能来源于气道而非肺泡［3］。Alving 等［4］在1993 年研究发现，哮喘患者FENO 浓度明显高于正常人，且接受糖皮质激素治疗后FENO 浓度明显降低，儿童哮喘患者中也有类似现象。之后，众多研究发现FENO 浓度与肺泡灌洗、诱导痰、支气管激发试验结果等具有高度关联，可用于检测多种呼吸道及非呼吸道疾病［5］，但也有学者对FENO 检测的准确性、重复性、一致性存在质疑与争论，因此，1993—2005 年可谓FENO 检测技术发展阶段。2003 年，美国食品和药物管理局(FDA)批准FENO 检测产品上市，2005 年ATS/ERS 联合公布了FENO 检测技术标准指南，使之前的质疑与争论告一段落。在此期间，在欧美地区一片将FENO 检测用于常规临床检测项目的呼吁声中，欧美权威医学组织重点组织了多项大规模临床试验以验证FENO 是否可以结合甚至取代肺功能检查而用于常规临床检测。2005—2010年，关于FENO 检测的争论主要集中于FENO 检测对哮喘的诊断价值及临床管理指导价值。因此，ATS/ERS 在2009 年下半年连续多次联合发表共识、声明，在2010 年又制定了新的FENO 检测技术标准指南，规范了FENO 检测临床应用范围及检测技术标准，自此，对FENO 的质疑与争论再次告一段落，并标志着FENO 开始成为常规临床检测项目。

2 FENO 浓度与气道炎性疾病

FENO 浓度与特异性反应、支气管高反应性、支气管舒张可逆性密切相关，还与哮喘患者血液、痰液、黏液、支气管肺泡灌洗液(BAL)中嗜酸粒细胞数量、IgE 浓度相关［6］。经抗感染治疗或气道炎症改善后，FENO 浓度很快降低，但气道炎症加重时FENO 浓度则升高，FENO 平台期很短但不一定与痰液嗜酸粒细胞数量变化平行［7］。此外，特异性反应、过敏性鼻炎、无哮喘嗜酸粒细胞性支气管炎、肝肺综合征、肝硬化、急/慢性肺移植排斥反应、呼吸道病毒感染患者FENO 浓度明显升高;原发性纤毛运动障碍(PCD)、HIV 感染、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、肺动脉高血压患者FENO 浓度明显降低;但COPD、纤维化性肺炎、支气管扩张、类肉状瘤病、系统性硬化病、囊性纤维化(CF)患者FENO 浓度是升高还是降低还不确定。目前，FENO 检测已被用作嗜酸粒细胞性气道炎症标志物与“炎症计”、哮喘“预警器”、抗感染药物剂量与疗效“指示剂”、炎性疾病控制管理效果“监控器”。

3 FENO 检测方法

FENO 检测不仅具有无创、安全、快速、可靠等优点，还具有分子诊断所特有的“早期性、预测性、预后性”等优点［8］。目前国际上统一采用的FENO 浓度计量单位为ppb (1 ppb=1 ×10－9mol/L)，检测方式为一口气持续气流技术，具体操作如下:受试者采取端坐位，将肺内气体尽量呼出后以口唇包紧过滤器，用嘴吸气2 ～3 s 达肺总量(TLC)或接近TLC，然后以均匀的流速通过过滤器慢慢呼气，呼气时间维持在10 s左右，平均呼气流速为50 ml/s，采用NO 测定仪记录呼气过程中至少3 s 恒定不变FENO 浓度;受试者需重复检测3 次获得位于检测程序、计算程序、重复性规定限度内FENO 浓度(允许误差＜10%)，最后计算出3 次检测的平均值作为最终检测结果［9］。

4 FENO 浓度参考范围

目前，国际上对于FENO 浓度的参考范围仍存在一些争议。Liu 等［10］对249 例不吸烟台湾健康成人进行FENO 检测发现，其FENO 浓度平均为27.9 ppb (12.5 ～58.0 ppb)，其中女性为29.9 ppb (13.1 ～68.9 ppb)、男性为25.5 ppb (11.9～51.8 ppb);进一步行多因素回归分析发现，年龄、肺功能与FENO 浓度呈正相关，性别、身高、体质量、外周血NO 水平与FENO 浓度无明显相关。一般情况下，FENO 浓度＞35 ppb、有呼吸道症状而未使用过激素治疗者可考虑哮喘，如已接受吸入型糖皮质激素(ICS)治疗的哮喘患者仍有持续性症状、FENO 浓度＞35 ppb 则提示可能存在特异性反应、持续性气道炎症或治疗依从性差［11］。

4.1 参考范围 成人FENO 浓度＜10 ppb 为降低，考虑PCD、CF;成人FENO 浓度10 ～35 ppb、不吸烟成人FENO 浓度24～54 ppb、儿童FENO 浓度5 ～25 ppb 为正常;不吸烟成人FENO 浓度上限与年龄 (y，岁)、身高 (h，cm)有关，其FENO 浓度上限=exp (0.057 +0.013h +0.0088y)，非过敏不吸烟成人FENO 浓度上限= exp (－ 0.0026 + 0.013h +0.010y);成人FENO 浓度＞35 ppb 为升高。一般情况下，成人和儿童FENO 浓度大于或小于参考范围4 ppb 即可认为是异常。

4.2 重复性 FENO 检测组内相关系数(ICC)在成人和儿童中均为0.94，且无“学习效应”及昼夜变化，重复性系数为(2.10 ±1.25)。

4.3 诊断哮喘 ＜7 岁的学龄前儿童FENO 浓度＞10 ppb 时诊断哮喘的灵敏度为86%，特异度为92%，阳性预测值为78%，阴性预测值为95%;成人FENO 浓度≥20 ppb 时诊断哮喘的灵敏度为88%，特异度为79%，阳性预测值为70%，阴性预测值为92%;针对美国空军的一项研究结果显示，FENO浓度＞20 ppb 时诊断哮喘的灵敏度为53%，特异度为68%，阳性预测值为87%，阴性预测值为26%。

4.4 治疗监测 成人哮喘患者FENO 浓度＞47 ppb (200 ml/s)，第一秒用力呼气末容积(FEV1)升高超过12%时，单磷酸腺苷(AMP)治疗剂量应提高两倍;成人哮喘患者FENO浓度＜35 ppb，且哮喘复发率控制在49%以下〔全球哮喘防治倡议(GINA)推荐控制在90%以下〕时，ICS 剂量可减少;儿童哮喘患者FENO 浓度＜30 ppb，在ICS 剂量维持不变情况下，气道高反应性(AHR)可明显改善。

4.5 预测病情失控 儿童哮喘患者FENO 浓度＞22 ppb 时预测病情失控的灵敏度为79%，特异度为69%，阳性预测值为53%，阴性预测值为92%; ＞35 ppb 时预测病情失控的灵敏度为71%，特异度为93%，阳性预测值为71%，阴性预测值为93%。

4.6 预测哮喘复发 ICS 减少或停用4 周内，成人哮喘患者FENO 浓度＞50 ppb、儿童哮喘患者＞49 ppb 时，其哮喘复发率等于相应的阳性预测值。

5 FENO 检测的临床意义

5.1 哮喘 FENO 检测可用于诊断哮喘，但病毒感染等引起FENO 浓度升高时可能导致假阳性结果，因此，FENO 检测适用于有慢性症状(持续时间＞6 周)哮喘患者。FENO 检测诊断哮喘的灵敏度与特异度为80% ～90%，其诊断价值优于肺功能检查。病情不是十分严重的哮喘患者在症状、肺功能指标出现异常之前已存在FENO 浓度升高，且FENO 浓度与气道炎症严重程度呈正相关，此时其诊断哮喘的灵敏度与支气管镜下黏膜活检或支气管激发试验相当。由于激素治疗哮喘灵敏、快速，因此，使用激素治疗的哮喘患者肺功能检查基本正常，按照FENO ＞33 ppb 和FEV1＜80%的标准可使诊断哮喘的灵敏度与特异度分别提高到94%与93%;非过敏性患者依靠传统检查方法常提示哮喘，但FENO 检测正常，此时不能排除哮喘可能，还需要检测AHR。总之，哮喘类型复杂多样，FENO 检测只能“哮喘族群”的“一族”，FENO 检测在哮喘中的应用主要包括以下几个方面［11－13］: (1)协助早期诊断与鉴别诊断;(2)评估哮喘患者气道炎症严重程度;(3)评价药物治疗效果;(4)预测对首选治疗药物——激素的依从性; (5)为调整药物剂量、制订最佳治疗方案提供参考;(6)预测哮喘发作。

5.2 非特异性呼吸系统疾病 FENO 检测也可用于非特异性或非诊断性慢性呼吸系统疾病的鉴别诊断，主要包括嗜酸粒细胞性支气管炎、咳嗽变异性哮喘、支气管高气道反应、鼻后滴漏综合征、胃食管反流病、发音功能障碍、原发性换气综合征、COPD 及儿童喘息性支气管炎、CF、气道及肺部异常、PCD 等。此外，FENO 检测也可用于非特异性呼吸系统疾病治疗效果的监测:嗜酸粒细胞性支气管炎及咳嗽变异性哮喘患者FENO 浓度均升高，采用ICS 治疗后会降低。FENO 检测还有一定的“纠错”作用:许多被诊断为哮喘或采用ICS 治疗无效者FENO 浓度均较低，如儿童发音功能障碍被误诊为“哮喘”并采用ICS 治疗无效者FENO 浓度常较低。

5.3 学龄前儿童 肺功能检查及诱导痰检测均不适用于学龄前儿童，可考虑FENO 检测，但目前的学龄前儿童FENO 检测技术仍存在一些问题，如学龄前儿童很难控制FENO 检测标准要求的呼气流量、压力及时间等，虽然近年研究已取得了一些成果，但离临床应用还有一定差距。

5.4 过敏反应 无论是否存在严重呼吸道疾病，过敏反应均会引起FENO 浓度升高，且FENO 浓度与抗体性、IgE 浓度高度关联，也就是说无呼吸道疾病的过敏患者FENO 浓度也会升高，因此有人认为FENO 检测可能仅限于检测过敏患者，但事实并非如此。首先，并非所有过敏均可由皮肤穿刺检测而明确，也就是说，由此断定的“非过敏”可能存在假阴性结果(FENO 浓度升高并非均由过敏引起);其次，慢性呼吸道疾病患者FENO 正常或降低常提示并非过敏造成，可帮助鉴别病因。临床实践中如遇到过敏反应引起FENO 浓度升高患者，应结合病史进行诊断与治疗。

5.5 COPD COPD 患者FENO 浓度是升高还是正常目前还未达成共识，因COPD 与吸烟、炎症密切相关，而吸烟可抑制FENO 生成，炎症可导致FENO 浓度升高。最新研究发现，是肺泡而非气道FENO 浓度与COPD 高度关联，可用于诊断COPD，但肺泡FENO 检测技术难度大，临床普遍开展难度较大。而对于哮喘及COPD，或许最重要的不是诊断的准确性，而是能否预测病情发展或监测抗感染药物疗效，目前研究已证实FENO 具有这方面应用价值，但仍需进一步研究验证。

5.6 CF 有研究表明CF 患者FENO 浓度低于参考范围，但尚未获得用于临床诊断许可。

5.7 PCD PCD 患者FENO 浓度远低于参考范围，且PCD 患者鼻呼出一氧化氮(nNO)浓度更低，基本上可以排除其他疾病，因此nNO 检测极有可能成为PCD 的首选筛查方法(现已经被ATS/ERS 正式推荐)。研究表明，nNO 检测诊断PCD的灵敏度为89% ～100%，特异度为97% ～100%。值得注意的是，接近PCD 患者FENO 参考值上限的测定值需鉴别支气管扩张症或鼻窦炎等。

5.8 肺移植 肺移植术后肺功能差或不稳定患者通常表现为FENO 浓度升高。

6 FENO 检测新进展

6.1 NO 分泌模型 大量研究表明，FENO 浓度与呼气流速有很强的依赖关系，最新研究认为，可用气道模型和肺泡模型来测量肺内NO 浓度，其中肺泡模型用单一参数来描述，即Calv、Falv 或ss (ppb 或mm Hg)，气道模型用两个参数来描述，即气道弥散量〔DawNO (mlNO/s/mm Hg 或mlNO/s/ppb)〕和气管壁浓度(或称气管壁通量，CawNO 或FawNO)。这两种模型的潜在应用价值包括两个方面:(1)区分病变是来自气道还是肺泡; (2)参数不依赖于呼气流量，可用不同方法进行多流量测量，因此其可以鉴别健康受测者NO 代谢情况，也能鉴别一些疾病，包括哮喘［14］、过敏性肺炎、CF、皮硬化、过敏性鼻炎、COPD，还可用于机械通气患者及婴儿［15］。虽然应用前景广阔，但目前关于NO 分泌模型的研究还处于研发阶段。

6.2 机械通气患者FENO 检测 FENO 检测在危重患者和机械通气患者中的应用机会与挑战并存，目前FENO 检测已被推荐作为感染、贫血、严重肺损伤及局部缺血症状的诊断手段，在线、离线以及二者联用的方法已作为重症患者的诊断手段。

6.3 危重患者潮式呼吸NO 在线检测 在一次呼吸过程中，通过在恒定的流量下持续取样，将在线方法与快速响应的化学发光分析仪相结合能够测量危重患者潮式呼吸NO 浓度，同时记录二氧化碳浓度可能有助于数据分析和处理，但应注意管道取样的特殊性、NO 特性、二氧化碳及流量测量、化学发光仪响应时间及时间延迟等因素。

6.4 危重患者憋气时NO 在线检测 危重患者憋气时NO 在线检测操作简单，或许对危重患者有较高的应用价值，特别是对于潮式呼吸受限患者。

6.5 危重患者混合气中NO 分析 危重患者混合气中NO 分析需将混合室接在出气口上，采用NO 分析仪进行实时取样，这种检测方法允许患者多次呼吸取平均值，避免了二氧化碳和NO 测量间的延时问题。

6.6 危重患者NO 离线检测 NO 离线检测较在线检测有许多优势，其中最大的优势就是可以在与跟取样不同的时间和不同的地点进行分析，并不依赖患者呼气时间。NO 离线检测的气体收集方法有多种，单次呼气和多次呼气都可以分析。目前，NO 离线检测的气体收集方法还没有统一标准，因此采用不同方法收集的NO 浓度变化很大，还有以下几个方面需要进一步深入研究:(1)机械通气危重患者的FENO 检测问题; (2)FENO 分析方法标准化;(3)FENO 潜在应用价值、疾病管理及治疗效果评价。

7 小结与展望

综上所述，FENO 检测在诊断哮喘，预测激素治疗依从性及判定疗效，鉴别PCD、CF、系统性硬化，评估肺移植效果等方面均具有较高的临床应用价值，FENO 检测提供的信息是病史、体格检查及肺功能检查等所不能提供的，有助于提高临床医师对气道炎性疾病诊治水平，或许能将临床对气道炎性疾病的管理水平提高到一个新的高度。

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