我們大多數人將酒精測試儀與酒後駕車逮捕聯絡起來。但是呼吸測試可以揭示的遠不止一個人喝了多少酒精飲料。它們還用於診斷一些醫療狀況，包括嬰兒的黃疸病、乳糖不耐症和潰瘍，以及監測哮喘藥物是否有效。研究人員表示，呼吸分析儀有一天可能會被用來快速識別大量其他疾病，包括癌症，從而實現早期檢測和治療。
這些測試的工作原理：每次呼吸時，你會吸入氧氣並撥出二氧化碳 (CO2)，以及至少一千種其他化學物質，這些物質實際上提供了所謂的“呼吸指紋”，或你健康狀況的獨特呼吸特徵。第一個認識到（或至少寫到）這種現象的人是希波克拉底（公元前 460 年至公元前 377 年），他被認為是醫學之父，他認為口臭是疾病的徵兆。但直到上個世紀末，科學家們才真正識別出許多這些化學物質。
1971 年，由諾貝爾獎化學家萊納斯·鮑林領導的研究人員使用氣液分配色譜法（根據分子的沸點和極性或不相等的電荷分離分子）鑑定了大約 250 種呼吸化學物質。
由於實驗室技術的改進，科學家們此後在人類呼吸中識別出至少 1000 種不同的化學物質，其中一些已成為醫學測試的基礎。據巴爾的摩約翰霍普金斯大學布隆伯格公共衛生學院的環境健康科學教授特倫斯·里斯比稱，美國食品藥品監督管理局 (FDA) 已批准了六項醫療呼吸測試。
據俄亥俄州克利夫蘭診所的肺科醫師和肺血管專案主任雷德·德韋克稱，最常見的一種是用來確定呼吸管在患者肺部是否正確定位的（有時醫生會不小心將管子穿過食道進入胃部）。如果管子位置正確，二氧化碳會從肺部移動並透過管子排出；如果不是，則二氧化碳不會流出。一個高爾夫球大小的二氧化碳檢測器在檢測到氣體時會改變顏色，向醫生髮出訊號，表明管子位置正確。另一種稱為二氧化碳圖的二氧化碳檢測器通常用於醫院，以連續監測接受麻醉進行手術或連線到呼吸機以幫助他們呼吸的患者撥出的二氧化碳量。德韋克說，醫生可以透過患者體內排出的二氧化碳量來確定他們是否獲得了足夠的氧氣。
醫生現在也使用呼吸測試來確定哮喘藥物是否有效，方法是測量患有呼吸道疾病的患者撥出的氧化氮量。根據德韋克的說法，患有哮喘的人，其特徵是氣道慢性炎症和呼吸困難，會撥出異常高水平的氧化氮，一種調節血流的氣體，但如果在氣道中過度產生，可能會損害細胞並引起炎症：哮喘患者呼吸中的氧化氮含量可能高達每十億分之 100 或 200 ppb（每十億個撥出的分子中有 100 個氧化氮分子），而非哮喘患者每次呼吸的含量為 10 到 20 ppb。
如果哮喘患者在開始治療後的幾天內沒有撥出正常的氧化氮水平，則表明該療法無效，應嘗試另一種療法。“整個測試大約需要五分鐘，”德韋克說，並指出患者會向連線到呼吸分析儀的管子呼吸，呼吸分析儀會生成氧化氮濃度的電子讀數。
醫生可以透過測試來診斷乳糖不耐症，該測試可以識別腸道細菌在身體無法自行分解牛奶糖時吞噬乳糖而產生的呼吸中異常高水平的氫。此外，嬰兒的黃疸病可以透過掃描呼吸中肝臟功能不正常時產生的高水平一氧化碳來確認，並且有一種呼吸測試可以識別促進潰瘍的腸道細菌幽門螺桿菌（H. pylori）的存在。
另一種呼吸測試可以確定移植的器官是否正在被患者接受或排斥。如果患者的身體正在排斥新心臟，呼吸測試將檢測到呼吸中的烷烴；烷烴是自由基（不穩定的、損害細胞的分子）引發的化學反應的副產物，這些自由基是身體在排斥捐贈的器官時產生的。
里斯比說，呼吸測試可能是醫學診斷的下一個前沿領域，有很多原因，他指出，呼吸測試相對便宜、安全（唯一的要求是人正在呼吸）且無創（無需用針刺患者或取一塊組織進行活檢）。
由博爾德科羅拉多大學 (U.C.B.) 的物理學家Jun Ye領導的研究小組目前正在測試一種呼吸分析儀，該分析儀可在兩分鐘內掃描約 10 種與疾病相關的異常高水平分子。其中包括：氨（肝臟和腎臟疾病的標誌物）；丙酮（糖尿病的指標）；以及乙烷，一種潛在的癌症標誌物。
肝臟和腎臟通常會過濾血液中的氨。葉實驗室小組的物理學家邁克爾·索普說，如果這些器官不能正常工作，氨就會在體內積聚，並以異常高的水平撥出。他指出，該團隊的呼吸分析儀還會篩選丙酮水平升高的情況，丙酮是糖尿病的標誌物，糖尿病是一種細胞無法有效吸收葡萄糖（其主要燃料來源）的疾病。當身體無法從葡萄糖中獲取能量時，它會分解脂肪以獲取燃料；丙酮是脂肪分解的副產物之一。
實驗性呼吸分析儀還會搜尋乙烷。索普說，當細胞受到自由基損害時，乙烷往往會在體內積聚，這可能會導致癌症。但他表示，鑑於乙烷也可能與其他疾病（如阿爾茨海默病和動脈硬化（導致心臟病發作的心臟動脈硬化））有關，因此需要進行更多研究來確定與癌症相關的呼吸化學物質的集合。
新澤西州紐瓦克的Menssana Research目前正在進行一項針對肺癌的呼吸測試的臨床試驗。創始人兼執行長邁克爾·菲利普斯（2003 年《大眾科學》簡介）開發了一種技術，該技術可以篩選肺癌患者呼吸中通常釋放的 10 到 15 個分子。科學家懷疑毒素（如菸草的成分）會啟用一種酶（蛋白質）系統，該系統會排出毒素，產生在呼吸中釋放的化學副產物。（患有肺癌以外的其他型別癌症的人也會從體內釋放出明顯的癌症分子——事實上，研究表明，狗可以透過嗅探他們的皮膚和呼吸來識別患有各種型別癌症的人）。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
菲利普斯說，呼吸分析儀可以減少對計算機斷層掃描 (CT) 掃描的需求，計算機斷層掃描目前用於篩查肺癌高危患者（吸菸者和前吸菸者）：X 光不僅使患者暴露於潛在的危險輻射量，而且每次管理的成本約為 1500 至 2000 美元，而呼吸測試的成本為 150 至 200 美元。他指出，呼吸分析儀不會取代 CT 掃描，但醫生可以使用它們來確定是否需要進行 CT 掃描以確認或否定結果。
德韋克說：“我堅信”，呼吸分析儀是“醫療測試的未來”。