一、呼出气冷凝液及其组成
呼吸是人体重要的生理过程，呼出气的主要成分是水蒸气，同时还含有二氧化碳等其他气体和物质。呼出气冷凝液（ExhaledBreathCondensate，简称EBC）是在呼出气采集装置的辅助下，将呼出气快速低温（如-5℃）冷凝成的液体。
从来源看，呼出气冷凝液（EBC）是在无创条件下获得的下呼吸道衬液，推测认为是呼吸气流形成“气旋”将气道内衬液“刮落”或是吸气时气道扩张形成的张力将表层液相“撕裂”所致。EBC中大约含有0.1%呼吸道衬里液滴和99%的水蒸气，即1mL的EBC仅含有0.1μL呼吸道衬里液，因此，EBC是一种内容物浓度极低的高度稀释的基质。从呼出气冷凝液的组分来看，其组分十分复杂，包括多种无机气体、挥发性有机化合物、低挥发性的有机分子，如醛类、脂肪酸和多肽等、过氧化氢（H2O2）、无机盐类如硝酸盐、生物大分子如蛋白质与核酸，以及含有细菌、病*和真菌的生物气溶胶等等（见下表一）。
表一呼出气及冷凝液主要组成成分
二、呼出气冷凝液生物标志物（biomarker）的研究和临床应用
在Medline（生物医学）数据库中搜索呼出气冷凝液相关文献，通过PubMed使用“Exhaledbreathcondensate”关键词可搜索到篇文献（~年）；通过PubMed使用“Exhaledbreathcondensateandbiomarker”两个关键词可搜索到相关文献篇（~年），可见人们对呼出气冷凝液（EBC）的研究热情一直非常高，且创新性论文增长迅速，几乎涵盖现代呼吸医学的所有领域。
I.生物标志物的研究
大量研究表明，呼出气冷凝液中的多种生化物质的浓度变化（或有无的变化）与呼吸系统的病理状态密切相关，这些生化物质被称为潜在的生物标志物（biomarkers），它们很有希望应用于临床诊断：科研工作者通过收集并分析含有生物标志物的EBC样本，从中发现各种生物标志物与疾病之间的关系，进而深入了解和洞悉疾病的发生发展机制和机理等，应用于如肺癌的早期诊断和高危人群中的筛查；哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）等呼吸道疾病的动态监测、疗效验证和病情评估等方面。
与呼吸道炎症和氧化应激相关的潜在的多种生物标志物得到广泛而充分的研究。如pH、过氧化氢，白三烯（LTs)，8-异前列腺素和细胞因子等生物标志物。
pH代表呼吸道表面黏液的酸化程度，呼吸道的炎症与气道酸化即EBC-pH降低相关，如研究表明哮喘加重期、COPD患者的EBC-pH较正常人低，支气管哮喘的吸烟人群EBC-pH降低。
过氧化氢（H2O2）是人体氧化应激的标志性产物之一。EBC-H2O2的水平与肺癌、哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）、肺纤维化等疾病的关系都有深入的研究。如研究发现：非吸烟者哮喘患者的EBC-H2O2水平显著高于健康受试者，特别是成人哮喘患者的EBC-H2O2水平高于健康受试者，而哮喘患儿EBC-H2O2浓度与对照组间差异无统计学意义。此外，EBC-H2O2水平与哮喘的严重程度和控制状态相关，所以过氧化氢有可能作为指导哮喘治疗的生物标志物。大量研究发现慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者中EBC-H2O2也显著升高，但急性COPD患者经治疗后EBC-H2O2降低。
白三烯（LTs）是白细胞产生的花生四烯酸（AA）经5-脂氧合酶（5-LOX）途径代谢产生的一组炎性介质，包括白三烯B4(LTB4)、半胱氨酰基白三烯(CysLTs)等，其中白三烯B4(LTB4)是目前所知作用最强的粒细胞趋化因子，如在哮喘和COPD患者中能发现EBC-LTB4的升高。半胱氨酰基白三烯(CysLTs)具有诱导平滑肌收缩，增加血管通透性，刺激黏液分泌并减少黏膜纤毛清除率等作用，它们参与包括慢性阻塞性肺疾病(COPD)、支气管哮喘、支气管扩张等多种气道炎症性疾病的发病过程。前列腺素E2（PGE2）和8-异前列腺素也是花生四烯酸的衍生产物，PGE2有促炎作用和抑制支气管收缩，EBC-PGE2水平的升高可能反映了哮喘患者的吸烟状况。8-异前列腺素是花生四烯酸被自由基氧化后生成的产物，被认为是测定体内氧化应激的金指标。在急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、急性肺损伤、哮喘和儿童呼吸道炎症等多种肺部疾病中，研究发现EBC-8-isoPG水平都有显著的升高。
细胞因子(cytokine，CK)是由多种组织细胞（主要为免疫细胞）所合成和分泌的小分子多肽或糖蛋白，它们具有调节细胞生长、调节免疫应答、参与炎症反应、肿瘤消长等多种生物学功能。在EBC中发现了多种与哮喘，COPD及肺癌相关的细胞因子生物标志物。如促炎细胞因子白细胞介素（ILs），其中IL-4、IL-5、IL-6、IL-8、IL-10和IL-17在哮喘稳定期表达升高；儿童哮喘人群中，EBC-IL-4水平升高，同时干扰素γ水平降低。肿瘤坏死因子TNF-α也是炎症标志物之一，在急性COPD,哮喘和肺癌患者中均发现EBC-TNF-α水平升高。
下表二中列举了部分文献报道的生物标志物的研究成果。
表二呼出气冷凝液潜在的生物标志物与相关疾病的关系
应该指出的是，近些年来，EBC蛋白质组分析、基因组分析以及代谢组学分析的研究越来越多。EBC组学分析取得了很多令人印象深刻的研究结果。如对EBC的广泛蛋白质组学分析揭示了与哮喘的病理生理机制相关的生物标志物。在Bloemen等人的研究中，哮喘儿童的EBC-细胞角蛋白1水平显著高于健康对照组，而EBC-细胞角蛋白2、5、6、8、9、10、14和16、白蛋白、肌动蛋白、血红蛋白、溶菌酶、钙颗粒蛋白B和结蛋白的浓度没有显著差异。在EBC基因组分析方面，如对肺癌患者的EBC基因组分析，检测到p53基因的体细胞突变，而在健康对照组中未检测到；对NSCLC患者的EBC分析发现微卫星DNA不稳定性和杂合性缺失：3p染色体(位点D3S、D3S、D3S、D3S)。对重度吸烟者和NSCLC患者中都发现了相同的微卫星EBC-DNA变化。EvaBorras等人研究了流感感染者和流感疫苗接种者的呼出气冷凝液的生物标志物。通过液相色谱法结合四极杆飞行时间质谱仪（LC-qTOF）的检测技术对呼出冷凝液（EBC）样品进行分析，使用靶向和非靶向方法分析所有代谢组学数据，以检测炎症和氧化应激生物标记物中的特定已知生物标记物，以及与特定感染相关的新分子。研究结果表明能够找到流感疫苗接种前后采集的呼吸样本之间的明显差异，以及与炎症过程和氧化应激相关的潜在生物标志物等。这些结果为进一步研究甲型流感和其他病*在人体系统中的作用提供了非常有希望的信息。AnnalisaCampanella等则根据EBC肺癌候选生物标记物的来源（基因组、转录组、表观基因组、代谢组、蛋白质组和微生物群）将其进行分类，证明EBC分析在癌症诊断、分子分析、治疗监测和高危人群筛查中的潜在用途。
II.临床应用
EBC分析广泛应用于肺癌、哮喘、慢性阻塞性肺病、职业性肺损伤等肺部疾病的临床研究，也有不少关于细菌或病*性呼吸道感染，包括最近两年来席卷全球的新冠病*肺炎的研究报道。前面讨论EBC的生物标志物时能够看到很多的EBC分析在肺癌、哮喘、慢性阻塞性肺病等肺部疾病的临床应用的例子，在此不再赘述。
在EBC-细菌和病*研究方面，如YunhaoZheng等人使用商业化的EBC收集装置(北京鼎蓝呼出气冷凝液采集器BioScreenII)与LAMP（环介等温扩增）方法相结合,研究呼吸道感染症状的受试者的EBC中可能存在的细菌性病原微生物。研究结果证明流感嗜血杆菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌、金*色葡萄球菌和MRSA，可以通过呼出的气体从感染者中释放出来,也证明了流感嗜血杆菌是导致常见呼吸道感染的主要病原体。研究表明EBC结合LAMP分析方案提供了一种可能的快速、有效、无创的感染病原体的诊断方法。
在新冠病*肺炎的临床应用方面，在pubmed中输入“ExhaledBreathCondensate，COVID-19”关键词，可搜索到15篇相关文献，这些研究为EBC分析在新冠肺炎的临床诊断等方面做了初步而有益的探索。如MakotoSawano等收集48名-冠状病*疾病患者的EBC样本，并结合RNA的反转录（RT）和cDNA的聚合酶链式扩增（PCR）技术（即RT-PCR）定量分析病*的靶向E基因来确定病*载量，对检测率和病*载量相对于患者特征和发病天数的变化进行统计评估，研究结果表明需要机械通气与较高的病*载量显著相关（p0.05）；需要吸氧或机械通气、发病后少于3天、咳嗽或发热与较高的检出率显著相关（p0.05）。在自发呼吸患者中，EBC-病*载量随时间呈指数衰减。发病后第2天的检出率为86%，此后恶化。在机械通气患者中，无论发病后几天，检出率和病*载量都很高。这些结果支持了对发病后2天内的COVID-19患者使用RT-PCR技术检测EBC-新冠病*的可行性。
三、呼出气冷凝液采集装置与技术
I.呼出气冷凝液采集装置
目前临床研究上绝大多数EBC收集装置为商业化呼出气冷凝液采集器，如R-Tube、EcoScreen、TURBO-DECCS、ANACON、BioscreenII等，适用范围包括自主呼吸和机械通气的患者。我们以呼出气采集器BioscreenII为例来介绍呼出气冷凝液的采集装置及技术。
BioscreenII是北京鼎蓝科技有限公司研发的呼出气冷凝液采集器，是一款便携且快速采集呼出气冷凝液（ExhaledBreathCondensate,EBC）的装置（见图1左）。该采集装置由采集器主机、电源适配器和一次性无菌采样耗材（分离盖、采集管和吹气管）组成。（设备详情请参考：