一氧化氮呼气测定技术的儿科应用

呼出气一氧化氮测定技术的儿科应用（综述）
xx医院儿科
摘要：呼出气一氧化氮（eNO）是国际公认的无创性气道炎症标志物，特别适合儿科气道疾病炎症病因的鉴别诊断与监测预后。

美国胸科学会（ATS）与欧洲呼吸学会（ERS）先后在2005年与2011年联合制定颁布了eNO测定技术标准与临床应用指南。

本文基于这些标准指南以及作者科室的初步实践认知，综述了eNO 技术的儿科临床应用，尤其是婴幼儿eNO技术的最新进展。

序言
自1998年诺贝尔奖授予一氧化氮（NO）的生物调节与指示作用的重大发现
以来，一氧化氮的诊疗研究与应用取得了快速显著的进展。

一方面，基于一氧化氮调节作用的一氧化氮吸入治疗仪已经用于许多重大疾病的治疗，包括呼吸衰竭、肺动脉高压、缺氧性肺部疾病以及肺癌等。

另一方面，基于一氧化氮指示作用的呼气一氧化氮（eNO）检测仪也已经用于气道炎症疾病的诊断监测，包括哮喘、支气管炎、肺炎、慢阻肺等气道与肺部疾病。

自1993年发现对哮喘患者显著升高以来，由美国卫生部官方网站
（/pubmed）检索到的eNO临床文献到2013年已经超
过3000篇，20年间平均每年150篇，占气道疾病临床文献的60%。

由此可见eNO 技术已经成为呼吸学科的热点前沿。

为规范化快速发展的eNO技术，欧洲呼吸学会（ERS）与美国胸科学会（ATS）分别在1997年与1999年制定颁布了eNO技术标准【1，2】，并在2002年、2005年、2009年与2011年联合制定颁布了官方的技术标准【3，4】、共识声明【5、6】与临床指南【7】。

尤其是2009年共识声明【5】以及在此基础上形成的2011年临床指南【7】较为全面总结了eNO的临床意义与应用价值，纠正了之前片面、甚至错误的理解与表述，特别强调了基于eNO作为气道炎症标志物按炎症、并非表征看病治病的临床意义，基于eNO高值与低值区分嗜酸性与非嗜酸性炎症及激素与非激素诊疗的临床价值，基于eNO
切点与变化、并非正常或参考值的规范化诊疗方案。

自2009年共识性声明、尤其是2011年官方指南公布以后，eNO儿科的研究与应用热点主要集中在0-3岁的婴幼儿童。

这主要是由于相比于其它应用，eNO 对婴幼儿的应用价值可能更大，但测定技术仍需改进完善。

近年来的权威综述或评述也主要是讨论儿科、尤其是婴幼儿的eNO技术进展【8-12】本文将基于上述官方标准指南及权威评述，并根据作者科室的初步实践认知，讨论eNO技术的儿科应用，尤其婴幼儿eNO技术的最新进展。

目的是为国内正在快速开展的eNO儿科研究与应用，提供一些参考，起到抛砖引玉的作用。

eNO临床意义
大量的分子与细胞生物学及临床医学研究表明eNO对感染、尤其是过敏原导致的炎症显著升高，对消炎、尤其是激素治疗显著降低，可以作为一种无创的气道炎症标志物，用于气道疾病炎症病因的鉴别诊断与监测预后。

分子与细胞生物学研究表明【3】，eNO主要是体内精氨酸在一氧化氮合成酶（NOS）作用下氧化脱氨基产生的气体分子。

NO的浓度高低取决于NOS的表达水平。

内皮型与神经型NOS作用产生的NO浓度较低(pmol)且寿命较短（3秒半衰期）,而诱导型NOS（iNOS）作用产生的NO浓度较高（nmol）且寿命较长,可以在人体或动物呼出气中检测到，具有十亿分之一的呼出气体积分率(part per billion, ppb)的浓度单位。

气道皮质细胞、肺泡巨噬细胞、嗜酸性粒细胞及炎症细胞均存在iNOS。

感染或过敏性炎症因子会促进这些细胞中iNOS的作用及NO 的产生，导致eNO升高；而激素等抗炎药物会抑制炎症细胞中iNOS的作用及NO 的产生，致使eNO降低。

采用诱导痰或粘膜活检细胞分析、肺功能激发及IgE测试的临床医学研究也证实了eNO作为气道炎症标志物的作用【1-7】。

eNO被发现与气道嗜酸性粒细胞计数、气道高反应、总IgE等高度正相关，与激素用量高度负相关。

此外，由于是分子及细胞生物学水平的表达，eNO变化早于结构组织及生理水平上反映的肺功能变化及症状表现。

必须说明的是，对感染、尤其是重度或反复性感染导致的炎症，嗜中性粒细胞增多，iNOS及eNO也会增加，但增加的不如过敏性或嗜酸性炎症那么显著。

eNO测定技术
eNO测定无创安全，便捷易行，但获得重复、稳定及准确的结果，必须严格遵循ATS与ERS制定的技术标准，尤其是2002年的儿童标准【3】与2005年的儿童及成人标准【5】。

结合我们的初步实践认知，可能特别需要注意的是如下几个问题。

饮食问题：饮食含有的精氨酸与硝酸盐或亚硝酸盐等添加剂均会分解产生一氧化氮。

它们大部分在扩散进入气道之前就会与血红蛋白结合形成氮氧血红蛋白。

依据主要是对欧美饮食影响的研究结果，ATS/ERS标准推荐1小时前不得饮食，避免可能的影响。

然而，我国的许多饮食可能含有更多的精氨酸与硝酸盐类添加剂，分解出更多、持续时间更长的一氧化氮。

例如，我们发现食用韭菜或路边烧烤后的eNO测定值需要2小时才降低到稳定的数值。

因此，我们通常要求受试者测试前2小时禁食，并且在测试前询问受试者的饮食情况。

环境问题：从环境吸入的CO与NO等也会被血红蛋白结合而消失，对eNO的贡献可以忽略。

但呼吸道疾病患者、尤其是肺部发育尚不完全的婴幼儿对环境污染可能更敏感且持续时间更长。

ATS/ERS儿童标准推荐测试时要避免污染环境，吸入气体中的NO要低于10ppb。

与欧美相比，我国许多地区的环境与饮食问题
均较为严重。

我们发现在严重污染，例如环境NO>100ppb时，采用适于国内空气的净化器或过滤器吸气后再呼气测试可以提高eNO测定的重复性与稳定性。

呼气标准：呼气测试时，气道及肺泡细胞产生的一氧化氮经皮质壁面扩散到气流主体而被呼出气流带出。

呼气流速增加，气道一氧化氮产生扩散的速率赶不上呼气流速，作为一氧化氮产生速率与呼气流速或体积比值的eNO便会降低。

因此，ATS/ERS要求恒流速呼气测试，推荐一个50ml/s的标准流速。

此外，为防止上呼吸道气体进入，ATS/ERS还推荐呼气压力要大于5cmH2O，用来关闭联通上、下呼吸道之间的软腭。

呼气时间必须能够排除死腔气并获得达到eNO稳定的数值。

按儿童与成人的死腔气50与150mL计算，50ml/L 的呼气流速需要的排空时间为1秒与3秒。

化学发光分析仪需要达到eNO稳定值的时间至少3秒，因此ATS/ERS 标准推荐的最少呼气时间对儿童是4s，对成人是6s，最长是10秒。

时间过长难以保持稳定呼气。

此外还要求呼气测试时不能憋气或漏气，否则将使eNO升高或降低，影响测量的重复性与准确性。

测试模式：ATS/ERS标准对儿童测试推荐了三种模式。

第一是必须“一气呵成”的在线呼气测试。

这种测试要求配合度高，主要适于7岁以上儿童。

第二是可以“多次呼气”取样到气袋后再分析的离线呼气测试，比较适合4-6岁的儿童与在线测试困难的人群。

第三种是可以“自由呼吸”的潮气测试模式，主要用于0-3岁婴幼儿童及在线及离线呼气测试均困难的人群。

只要符合标准推荐的“呼气标准”，所有三种模式均能给出一致的eNO测定值。

然而，到目前为止，如何使潮气测试满足所有“呼气标准”还是一个难题。

最近的几篇综述详细描述了婴幼儿eNO测试的问题【8-12】。

质量控制：ATS/ERS标准及美国FDA产品注册指南均特别要求，eNO测定仪器除了要满足上述“呼气标准”外，还必须具有检验校准的标定功能，保证仪器使用的准确性与稳定性。

也就是说，临床用户必须注意“环境”与“饮食”问题，而仪器则必须满足“呼气标准”且具有“检验校准”功能。

目前文献报道与使用的eNO测定仪器包括如下几种。

化学发光分析仪：国际公认的NO测定金标的实验室技术，是2005年之前唯一的eNO测定产品，也是2005年ATS/ERS标准的技术依据。

文献报道采用的这类仪器不下5种，但目前经药监认证许可的产品仅瑞典的NIOX一种。

根据厂商的产品说明，这类产品需要每周或最长2周进行一次检验校准。

电化学传感器分析仪：2005年以后，欧美陆续推出了几款便携式电化学传感器eNO测定产品，但目前药监许可上市的只有瑞典的MINO一款。

相比化学发光分析仪，这类产品使用方便，但需要的呼气时间更长，标定维护的频率更高。

例如，根据在美国上市的产品说明，这类产品规定的呼气时间是10秒钟，标定频率是每天一次，而且仅用于7岁及以上的人群。

纳库仑与激光分析仪：最近上市的这类产品有两个共性。

一是测试更加便捷，仅需1秒即可获得eNO稳定值，加上排除死腔气的时间，呼气测试时间对儿童仅需要2-3秒，不仅提高了“一气呵成”的在线测试成功率，而且更适于“多次呼
别、体重、族裔、基因、地理、生理、环境、饮食等，分布太宽，从2ppb到200ppb, 而且受这些错综复杂因素的影响，文献报道的结果差异较大。

二是正常值的分布与稳定期哮喘等气道炎症的eNO分布有显著的部分重迭，难以采用正常值或参考值诊断气道炎症。

如果采用eNO切点，则可以避免这些问题。

因此，指南提出了两个切点的概念，如果eNO测定值小于切点低值（20ppb），则可以基本上排除嗜酸性炎症与激素治疗，大于切点低的嗜酸性炎症的概率是80%。

如果eNO测定值大于切点高值（35ppb）,则可以诊断为嗜酸性炎症并采用激素治疗。

切点的提出与使用解决了过去使用正常值或参考值的困扰或误导。

例如，我们曾为过去定义的5-20ppb的正常值范围所困扰，因为经常测试到位于该范围的哮喘儿童。

按现在的指南，该范围属非嗜酸性炎症为特征的感染性哮喘，基本上符合我们的临床判断。

（3）对小于12岁的儿童，指南推荐要考虑年龄对eNO的影响。

最近的几篇综述文章推荐可按年龄降低1岁、eNO切点降低1个ppb考虑年龄的影响【8-10】，例如7岁儿童的切点低值与高值应该从20与35 ppb调整到15与30 ppb。

我们科室发现少数6-8岁尚未接受激素治疗的过敏性哮喘儿童的eNO测定值低于20ppb。

2011年指南指出，儿童eNO值与年龄的关系尚需要进一步扩大样品量的临床试验。

最后需要指出的是，指南推荐的切点是针对50mL/s的标准呼气流速的eNO 测定。

如果不是该标准流速下的呼气测定（例如潮气测试等）、年龄影响不确定或者基准值较高较低的情况（切点是一个概率统计值，有个别患者患病前的基准值可能就高于切点），eNO仍然很有价值，可以根据eNO监测值的变化进行个体化诊疗。

eNO的儿科应用
由于（1）eNO与细胞学、总IgE、气道高反应及肺功能发展等测试结果相关，（2）eNO变化早于肺功能发展与症状出现及（3）eNO测定必须在其它测试之前，eNO测试服务虽然在国内还刚刚开始，但已成为欧美儿科呼吸系统疾病临床常检的首选与常检的项目。

（1）非特异性呼吸道疾病症状的炎症病因筛查。

非特异性是儿童、尤其是婴幼儿早期呼吸道疾病的主要特征，儿童呼吸道疾病大都无特异症状，主要由感染或过敏引起。

有关综述【8-14】均特别强调了eNO对儿科非特异性呼吸道疾病独到的筛查价值与应用。

非特异性疾病的筛查可按表1“炎症分型”的指南进行。

Taylor等人2008年发表了一项在14个基层诊所利用eNO测定进行非特异性呼吸道症状诊疗的报道，采用的方法就是表1的“炎症分型”策略。

结果表明，对非特异性呼吸道疾病的诊断，eNO的准确性达到94%，而肺功能检查仅达到53%。

该文最后还说，根据对14个诊所的调查，相比于肺功能测试，病人与医务人员几乎全部选择采用eNO测定。

主要的问题是对7岁以下的儿童，eNO测试的成功率及重复性不是很高。

（2）慢性咳嗽病因筛查。

相比于喘息、胸闷与呼吸困难等，慢性咳嗽的病因更为复杂，主要包括嗜酸性气道炎症为特征的咳嗽变异性哮喘（CVA）与嗜酸性支气管炎（EB）,上呼吸道炎症相关的上气道咳嗽综合征（UACS）以及非气道炎症性质的胃食道反流（GERC）。

国内外的临床应用报道有关CVA与EB的鉴别诊断基本上符合表1中“炎症分型”与“疾病分型”的指南。

例如，国内金晓燕【16】与曾昭成等人【17】采用尚沃纳库仑一氧化氮分析仪分别对成人与儿童进行了eNO用于CVA诊断的临床应用报道，发现eNO明显优于肺功能舒张试验。

例如，对eNO诊断（采用35 ppb的切点值）CVA的特异性与灵敏性分别为90.6%与88.1%，而肺功能仅为57.8%【16】。

他们的结果与国外采用其它仪器研究的报道【18，15】基本一致。

这些国内外文献还特别之处，eNO的价值不仅是对CVA 较高的阳性预测值（88%），而且更为突出的是更高的阴性预测值（93%）。

换言之，eNO的高与低均有诊断价值，高值可诊断CVA，低值可排除CVA，避免非CVA 患者进行高风险的支气管激发试验。

而肺功能只有低的数值才有意义。

2009年的共识声明【6】及2011年的临床指南【7】均特别强调eNO低值的价值相同于、甚至高于eNO高值的价值。

很多情况下，特别是慢性咳嗽及慢阻肺很多复杂的情况下，eNO低值的否定价值可能更为重要。

而在2009年之前，许多临床应用忽略了eNO低值的作用与价值。

（3）喘息/哮喘病因鉴别诊断与监测预后。

婴幼儿喘息与儿童哮喘虽然发作的频率与持续性不同，但炎症病因均可分为过敏性（嗜酸性）与感染性（嗜中性）炎症，如果炎症持续并加重，喘息将可能发展成哮喘。

自1993年发现eNO对哮喘患者升高以来，哮喘就一直是eNO临床研究与应用的热点重点。

表1的临床指南主要就是对哮喘总结的。

eNO用于哮喘管理在欧美较为普及，并日趋成熟，已经显示出显著的临床价值与经济效益。

最近的研究与应用热点是婴幼儿喘息【8-14】。

尽管适于婴幼儿喘息eNO潮气分析技术还有待完善，由于呼气流速及方式方面的差异，文献报道的具体测定值还有差异，但得到的结论还是一致的，主要包括婴幼儿的eNO（1）对有家庭过敏史的要高于无过敏史的，（2）过敏性喘息要显著高于感染性喘息，（3）高及持续增高有较高的风险发展为哮喘以及（4）婴幼儿早期阶段就存在嗜酸性炎症，具有发展为哮喘及其它慢性呼吸道疾病的风险。

结论
基于30年的临床循证医学，ATS/ERS联合制定颁布了官方的eNO测定技术标准与临床指南。

虽然对中国人群的普遍适用性及对婴幼儿的标准化技术还有待探索完善，但对我国正在快速发展的eNO临床研究与应用具有现实与发展的指导价值与意义。

尤其在婴幼儿方面快速开展eNO测定技术与应用的研究将缩短我国与欧美先进国家的差距，并可能赶超世界先进水平。

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