- “望聞問切”新視角——“氣味診療”技�(shù)
- �(fā)布日期:2021-08-27 瀏覽次數(shù)�986
——文章�(zhuǎn)�“中外香精香料第一資訊”微信公眾�(hào)
“�”字在中文中有兩層含義,一種是“�”,一種是“�”。傳�(tǒng)中醫(yī)所��“望聞問切”中的“�”是指“聽聲音,聞氣�”。但傳統(tǒng)中醫(yī)�“聞氣�”所用的僅僅是大夫的鼻子�“�”到的僅僅是能�(dá)到人類鼻腔嗅覺閾值的氣味�具有一定的局限�。如今科技的�(jìn)步,帶動(dòng)更多高準(zhǔn)確度的儀器誕�,也�“�”拓展到一�(gè)更加廣泛及精確的�(lǐng)域,“氣味診療”技�(shù)由此�(chǎn)��
一.研究背�
《健康時(shí)�(bào)》曾�(jīng)�(bào)道過這樣一�(gè)事件,一位英國女性養(yǎng)了一條狗,但是有段時(shí)間內(nèi),這為女士注意到她的狗總是嗅她的前�,并不斷觸碰其乳�,這引�(fā)了她的警覺,�(jīng)�(yī)院檢查后,竟�(fā)�(xiàn)她患上了乳腺�[1]。這一事件引起許多專家的注�,眾所周知,狗的嗅覺極為靈�,能夠聞到人所聞不到的氣味�人類有約500 萬�(gè)氣味受體,而狗卻有超過 3 億�(gè)氣味受體��
而人體有許多疾病,尤�是一些在�(fā)病前期無痛無癢的疾病,例如癌�,其主要癥狀通常在病情惡�、�(jìn)入中晚期后才�(huì)出現(xiàn)。如果我們能夠開�(fā)出一種類似于“狗鼻�”的東西�(jìn)�“�味診�”,能夠在人體許多疾病被發(fā)覺前就能�“聞到疾病的味�”,使患者提�有所治療,從而增大患者被治愈的可能�,延長壽��
疾病還會(huì)有味道?看似頗為不可思議,但�(shí)際是可行的。這位英國女性的�(yī)師分�,可能是她得了乳腺癌后出�(xiàn)了乳頭溢�,嗅覺敏銳的狗聞到了這�(gè)味道�其實(shí),當(dāng)疾病影響人體�(xì)胞代謝時(shí),大量外泄揮�(fā)性化�(xué)物質(zhì)可能�(huì)�(jìn)入到呼吸氣體、尿液和汗液��
古埃及就常有�(yī)生通過聞味道來辨別疾病,可�,味道在身體健康提示方面有一定的作用�除此之外,公交車上,坐在老人身邊,有些人表示�(huì)聞到一股氣�。走�(jìn)�人的房間,也�(huì)有種格外的味�……你是否注意過,父母年齡大了之�,身上的味道也變重了�?這種格外的氣�,就是大家常說的老人��
美國莫內(nèi)爾化�(xué)�覺研究中心和瑞典卡羅琳醫(yī)�(xué)院研究人員曾�(duì) 20 歲至 30 歲的青年組�45 歲至55 歲的中年組和 75 歲至 95 歲的老年組�(jìn)行測(cè)�,最后發(fā)�(xiàn)——老人確有特殊體味!日本研究人員甚至專門�(chuàng)造了一�(gè)詞來形容老人身上的這種特殊氣味,叫�“加齡�”[2]。那老人身上的氣味從何而來�?據(jù)中新社報(bào)道,日本一家研��(jī)�(gòu)歷時(shí) 7 年的�(diào)查研究揭�,老人味出�(xiàn)的罪魁禍?zhǔn)自谟谝环N叫做“雙乙�”的物�(zhì),這種物質(zhì)往往在人� 30�40 歲的�(shí)候達(dá)到較高�。� 2001 年日本皮�科專家的一�(xiàng)研究還發(fā)�(xiàn),從 40 歲左右,人們的身體氣味開始含有較高濃度�“2-壬烯�”,它的分泌量�(huì)隨著衰老而增加。而這兩種物�(zhì)都有“特殊氣味”�近期的實(shí)�(yàn)同樣證實(shí),當(dāng)人生病后�(huì)散發(fā)糟糕的氣�[3]�
瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡�(xué)院的馬特�·奧爾森領(lǐng)�(dǎo)的研究小組給 8 位健康的志愿者穿上緊�棉質(zhì) T 恤,給一半的人注射安慰劑,給另一半人注射一種可讓他們產(chǎn)生類似輕�感冒反應(yīng)的藥劑。一�(gè)月后,志愿者們又回到�(shí)�(yàn)�,注射另一種上次沒有注�的藥劑。然�,所有的 T 恤被收回放入稀釋彎嘴瓶。另一�(duì)志愿者在聞過 T 恤的氣味后根�(jù)氣味的強(qiáng)�、是否好�、健康程度打�。奧爾森說:“�(jié)果顯�,那些被注射了導(dǎo)致感冒癥狀藥物的志愿者所穿著� T 恤味道被�(rèn)為最難聞�”這項(xiàng)�(shí)�(yàn)的結(jié)果發(fā)表在《心理科�(xué)》雜志上。奧爾森承認(rèn),該�(shí)�(yàn)的范圍確�(shí)很小�但他相信,病人會(huì)釋放化學(xué)“信號(hào)”,警告他人感染的危險(xiǎn),或者用這種方式�訴別人他們需要幫助。倫敦�(wèi)生學(xué)和熱帶醫(yī)�(xué)院的瓦爾·科蒂斯同樣認(rèn)為糟糕的氣味存在其必然原因�“大腦的惡心反�(yīng)�(jī)制經(jīng)過千萬年的�(jìn)�,可幫助我們遠(yuǎn)離會(huì)讓我們生病的東西�”在馬特斯·奧爾森看�,他� T 恤實(shí)�(yàn)的最大價(jià)��是證明了人類可以在疾病初期聞到異�——根本不必等到病人病情惡化,聞起來像肉鋪或生魚的味��這些真實(shí)存在的案例告訴我�,通過“�”來診斷一些疾病的確有可能。現(xiàn)如今,人們的確已�(jīng)�(duì)“疾病的氣�”有所研究,并取得了一定的成果,但��在開�(fā)靈敏度更高的“氣味傳感�”方面,依然有待提�。本方案便是通過分析一些疾病的“氣味”,構(gòu)想用�“氣味診療”的電子鼻,開�(fā)高靈敏度氣味傳感��
二.研究�(xiàn)狀
美國�(fèi)城莫耐爾化學(xué)感官中心研究人員普林�(George Preti)研究中公布了一些疾病可能帶有的氣味[4],具體如下表�
在莫桑比克和坦桑尼亞,慈善組� Apopo �(xùn)練老鼠,用于檢�(cè)肺結(jié)核。結(jié)�病菌通常用顯微鏡檢測(cè),但在這些非洲國家,由于設(shè)備落�,導(dǎo)致一半多的染�樣本無法被識(shí)別。老鼠充當(dāng)?shù)诙l防線,對(duì)初檢呈陰性的樣本�(jìn)行再次檢查。迄今為�,老鼠已檢�(cè)� 5000 例肺�(jié)核病�[5]�
在賓夕法尼亞大學(xué)獸醫(yī)工作犬中�,一些工作犬正在接受�(shí)別卵巢癌的訓(xùn)練��(fèi)城莫奈爾化學(xué)感應(yīng)中心的喬�·普雷蒂正和賓夕法尼亞大學(xué)獸醫(yī)工作犬中心合�。他�,這些狗的精確度可�(dá)� 90%。然�,這并不意味著�(xùn)練結(jié)束后,它��(huì)在醫(yī)院的腫瘤科工作。這些工作犬將幫助普雷蒂識(shí)別卵巢癌�“�(biāo)志性氣�”�他說�“它們類� 4 條腿的生物測(cè)試工�”[2]�
一旦卵巢癌的標(biāo)志氣味或氣味特征得以確定,普雷蒂的同事查�·約翰遜將根據(jù)它給“電子�”的感�(yīng)器編寫識(shí)�程序。約翰遜的電子鼻用幾百�(gè)碳納米管模擬人類鼻子的氣味受�,每根納米管都連接 DNA 片段,這些 DNA 片段可將空氣中混合的化學(xué)物質(zhì)�(zhuǎn)化為電子信號(hào)�但狗并非唯一可以�(fā)�(xiàn)癌癥的動(dòng)物。顯�,果蠅有著同樣的能力�
《自然�雜志上刊登的一篇論文顯�,腫瘤樣本散�(fā)的氣味可促使果蠅的觸角形成獨(dú)特的陣列。德國康斯坦茨大�(xué)的馬�·施特勞赫打算�(shí)別到底是哪些果蠅觸角的受��(duì)腫瘤氣味做出了反�(yīng)。之�,他希望在培�(yǎng)皿中培育觸角用于制造電子鼻。他說:“生物感應(yīng)器經(jīng)過了自然選擇的優(yōu)�——它們性能�(yōu)��”[3]
三.研究方法
本文所涉及的技�(shù)將從如下幾�(gè)方面�(jìn)行研究:
1.樣本采集
研究�(fā)�(xiàn),人體各類疾病的氣味�(chǎn)生原理及部位各不�,所以對(duì)樣本的氣�分析�(shí),我們要采集患病者多�(gè)身體部位以及分泌物的氣味成分,并與健康人�相同部位及分泌物的氣味�(jìn)行對(duì)比分析,找出疾病特征氣味物質(zhì)(可以稱之為“�病氣味的指紋物質(zhì)”�,建立數(shù)�(jù)�[6]�在氣味分析中,我們常采用的是頂空-固相微萃取技�(shù)來收集氣味物�(zhì)。在采集病者氣味成分時(shí),也可以參照這�(gè)技�(shù)。頂�-固相微萃取技�(shù)通常采用�(jìn)樣針在一定條件、一定溫度下�(duì)固體、液體、氣體等�(jìn)行萃取吸�,然后在氣相色譜分析儀上�(jìn)行脫附注�。其裝置類似于一支氣相色譜的微量�(jìn)樣器,萃取頭是在一根石英纖維上涂上固相微萃取涂�,外套細(xì)不銹鋼管以保�(hù)石英纖維不被折斷,纖維頭可在鋼管�(nèi)伸縮。將纖維頭浸入頂空氣體中一段時(shí)�,同�(shí)加熱�液以加速兩相間�(dá)到平衡的速度,待平衡后將纖維頭取出插入氣相色譜汽化室�熱解吸涂層上吸附的物�(zhì)。被萃取物在汽化室內(nèi)解吸�,靠流動(dòng)相將其導(dǎo)入色��,完成提�、分�、濃縮的全過�。該技�(shù)的設(shè)備及原理圖如下圖所示:
收集患者分泌物的氣體物�(zhì),可直接�(duì)患者分泌物�(jìn)行固相微萃取。收集患者汗液及體味的氣體物�(zhì),可讓患者穿上易吸味材質(zhì)的衣�,如純棉衣物,一��(shí)間后,剪下緊貼相�(yīng)氣味或汗液分泌部位的衣物布料,�(jìn)行微萃取。收集患�口腔或鼻子呼出的氣體物質(zhì),可讓患者將氣體呼出到某一封閉容器中,然后直接�(jìn)行采�。除此之�,每一�(gè)樣品都要在同樣的條件�,從健康人身體同一部位或同一分泌物取樣作為平行樣�
2.樣本分析
香精香料�(lǐng)�?qū)馕斗治鐾ǔJ褂玫膬x器是氣相色譜-�(zhì)譜聯(lián)用儀�gas chromatograph mass spectroscopy,簡� GC-MS)�GC-MS 是一種對(duì)氣體物質(zhì)成分定性分析的裝置,它先通過氣相色譜儀�(duì)氣體中的各成分�(jìn)行分離后,依次排��(jìn)入質(zhì)譜儀,用�(zhì)譜儀�(duì)各成分的�(jié)�(gòu)�(jìn)行分�,判別氣體各成分的種類,歸納出其中共有的成分,即作為疾病特征氣味物質(zhì)。在本實(shí)�(yàn)方案�,可以將 GC-MS作為分析疾病氣味成分的輔助設(shè)備,通過 GC-MS 分析出的疾病特征氣味物質(zhì)�(shù)�(jù)�,輸入電子鼻的氣味傳感器中,從而識(shí)別疾��目前,目前已�(jīng)研究出的疾病的特征氣味物�(zhì)的相�(guān)分析�(jié)果如�[7]�
�1)異戊酸血�
這種疾病是由于異纈氨酸脫氫酶的缺乏引起的,它與亮氨酸代謝有關(guān)。由�紊亂,異戊酸在組織中積累,導(dǎo)致嚴(yán)重的酮酸�。異戊酸血癥患者在體液和尿�中有高含量的異戊�,其特征是汗液的�(dú)特氣��
�2)楓糖尿�
這是一種由于一種酸脫氫酶復(fù)合物缺乏而引起的常染色體隱形遺傳疾病,它�(huì)�(dǎo)致分枝鏈氨基酸的積累,如組織和體液中的亮氨酸。受染�(gè)體的體味和尿�氣味類似楓糖��
�3)苯丙酮尿癥
這種疾病是由苯丙氨酸氫化酶基因編碼的隱形突變引起�。這種酶在肝組�中表�(dá),它將苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為�(luò)氨酸,由于酶的缺�,苯丙氨酸被輸送到苯丙�酸和苯乙酸中,這些物質(zhì)在汗水和尿液中排�,產(chǎn)生一種類似于�?jié)裎兜拿刮�?/span>
�4)三甲基胺尿�
這種失調(diào)的特征是一種含有一氧化二氮的物�(zhì)的缺�,它將三甲胺�(zhuǎn)化為�甲胺 N-氧化�。三甲胺是由含膽堿豐富的食物的腸道細(xì)菌產(chǎn)生的,比如雞蛋或豆類。大部分有氣味的三甲胺會(huì)在肝組織�(zhuǎn)化為無味物質(zhì),然�,在三甲基胺�癥的患者中,三甲胺從他們的呼吸、汗水和尿液中散�(fā)出類似于腐爛的魚的氣味�
�5)糖尿病
糖尿�是代謝紊亂的一�(gè)典型例子,它的病因設(shè)�(jì)基因和環(huán)境(如:飲食�(xí)慣)。糖尿病的特�(diǎn)是胰島素分泌不足,缺乏胰島素�(huì)�(dǎo)致酮類的增加,包括血液中的丙酮。因�,糖尿病患者的呼吸中會(huì)含有丙酮,散�(fā)出一種特殊的芳香�味�
�6)腫�
腫瘤的特征是�(xì)胞生長異�,主要是由于基因突變(或遺傳因素)對(duì)�(xì)胞生長和分裂的控�。受影響的細(xì)胞可以表�(xiàn)出特定的代謝變化,導(dǎo)致獨(dú)特的揮發(fā)�分子的產(chǎn)�。最近的研究表明,肺癌患者呼出的氣體�,含有包括烷烴、烷烴衍生物和苯衍生�;乳腺癌患者呼出的氣體中含� 2-丙酚庚醛,以及異丙酸異丙酯�
除此之外,仍有大量潛伏期較長的疾病的氣味物質(zhì)有待分析研究,一旦研�成功,便可避免許多疾病對(duì)生命造成威脅,延長壽��
3.氣味診斷電子鼻設(shè)�(jì)原理
通過樣本采集及分析后,將整理出的疾病特征氣味物質(zhì)成分的數(shù)�(jù)輸入到電子鼻工作芯片�,然后可用電子鼻直接�(duì)疑似患者�(jìn)行檢�(cè)�具體操作�,用電子鼻在疑似患者的身體氣味�(fā)散部位或分泌物樣品上方收集氣體物�(zhì),然后疾病氣味分子自�(dòng)穿過電子鼻中的高分子�,在電極中被�(zhuǎn)�為電信號(hào),并與電子鼻芯片中的�(shù)�(jù)�(jìn)行比�(duì),最后輸出檢�(cè)�(jié)�。具體工作原理如下圖所示:
四.研究前景
目前仍有很多人類常見疾病的主�?dú)馕冻煞钟写芯俊4�?,開�(fā)高靈敏度的電子傳感器,搜集大量數(shù)�(jù),也將是我們需要攻克的難題。華中科技大學(xué)在中國傳感器�(lǐng)域有著很好的成就,而我們上海應(yīng)用技�(shù)大學(xué)的香料香精技�(shù)與工��(xué)院是我國唯一一�(gè)�(duì)氣味物質(zhì)有專�(yè)化研究的�(xué)�,本�(yīng)用可以和華科大合�研究,發(fā)揮各自優(yōu)�(shì),開�(fā)出更高靈敏度及準(zhǔn)確度�“氣味診療電子�”�
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