随着科技发展，越来越多无创的癌症检测技术被发现。呼气诊断将是其中之一。近十年来，全球呼气检测技术迎来极大飞跃，呼气诊断新蓝海隐隐浮现。

我们的呼气看似是无形的，但其实每一口呼出的气都包含着反映身体各器官生理/病理状态的生物标志物（Biomarker），这些Biomarker可以作为疾病诊断和健康监测的依据。

来自身体各个部位器官代谢产生的Biomarker会随着血液循环到达肺泡，并通过呼气排出体外。这个过程让我们呼出的气体中不仅包含氧气、氮气、二氧化碳和水蒸气这些广为人知的成分，还含有多达100~200种微量存在、反映身体各器官生理状态的生物信号分子——挥发性有机物（volatile organic compound，VOC）。

2017年，以色列、美国、法国、中国和拉脱维亚等5国科学家联合研究，通过对来自9个临床中心的813名患者和591名健康对照进行呼气VOC分析，该项呼气VOC检测可以一次性快速准确地诊断与分型17种疾病，其中包括肺癌、胃癌、结直肠癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌、头颈癌、肾癌等在内的8种癌症。

仅仅通过呼气，就可以同时进行多种癌症检测？这或许听起来不可思议，但其实并非不可能。随着技术突破和临床应用推广，呼气检测在癌症、感染性疾病、重症医学疾病、慢病等领域，有望成为如同影像诊断、血检诊断常见应用的新型IVD辅助诊断方式。

早在1970年代，两次诺贝尔奖得主美国化学家Linus Pauling（1954年获得诺贝尔化学奖；1962年获得诺贝尔和平奖）就用气相色谱仪（Gas Chromatography，GC）检测到人类呼气中的200多种挥发性有机化合物（VOC）。

这些VOC来自于全身各个器官的新陈代谢，可作为评估身体健康和疾病的生物标志物。呼气检测的相关研究经过50年的发展，呼气VOC与疾病的相关性变得越来越清晰且明确，Oxford Academic 的 《Human Breathomics Database》收录了来自至少2000篇研究文献，确定了近60种疾病和呼气中VOC疾病信号分子的关联，这些相关性涉及数十万临床样本的支持。

在病理过程中，细胞代谢的改变会导致生化反应产物VOC的变化。与癌症相关的病理机制包括缺氧、细胞过度增殖、过度炎症和活性氧活跃等，都会导致局部和系统性的VOC种类和浓度发生明显变化。生物学家已提出了几种潜在的生化途径机制。

例如，在缺氧和/或炎性疾病中，癌症微环境中的氧化应激促使烷烃和甲基化烷烃形成。癌症患者中细胞色素P450酶的过度活化可能会提高酒精水平。局部缺氧引起的过度细胞增殖导致无氧呼吸，其中产生能量的糖酵解途径释放出酮和醇。

呼气VOC能够诊断哪些疾病？微量的VOC分子如何与特定的疾病实现关联？

在确认呼气VOC与特定疾病的关系上，需要大量严谨的临床试验，通过VOC分析仪器采集病人与健康人的呼气图谱进行对比，找到重复且有差异的VOC分子组合作为疾病生物标志物进行疾病判断。

在这一方法基础之上，形成了呼气代谢组学（breath metabolomics）的概念。通过对由上百种呼气VOC分子组成的图谱进行信号模式识别，可同时诊断十几种甚至更多种疾病；通过医疗大数据和深度学习技术，可以进一步提高诊断的精准性并扩大适应症。在疾病研究中，对于某些疾病与呼气VOC信号分子的关联已经有了大量明确且清晰的证据。目前，呼气VOC可以用于诊断的疾病包括：癌症，例如肺癌、结直肠癌、胃癌等，感染性疾病，慢性疾病，例如阿兹海默症、糖尿病等。

现有的IVD诊断方法很难在精准性、可及性和低成本实现三角平衡。而呼气检测以其无创性、使用便捷性使患者依从度较高。若通过技术创新使检测仪器在保证精确度的前提下，实现小型化和成本的有效控制，便能平衡呼气检测在大范围临床应用上所需的精准性、可及性和低成本。这不仅能改变现有的诊断产业，也将改变整个医疗和健康体系的诊断治疗生态。