青年长期新冠肺炎的呼气代谢组学特征:基于电子鼻的无创快速筛查新策略

《Sensors & Diagnostics》:Snapshot of long COVID in young adults: fast screening using electronic noses

【字体: 时间:2026年02月04日 来源:Sensors & Diagnostics 4.1

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  本研究首次采用电子鼻(e-Nose)技术对青年长期新冠肺炎(Long COVID, LC)患者呼气挥发性有机物(VOCs)进行代谢组学分析,发现LC患者存在特异性呼气指纹图谱。通过主成分分析(PCA)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和随机森林(RF)等化学计量学方法,实现97.4%的区分准确率(AUC=0.966),为青年LC的快速筛查提供新型无创诊断工具。

  
青年长期新冠肺炎的临床特征与呼气代谢组学研究
研究背景
长期新冠肺炎(Long COVID, LC)是指SARS-CoV-2感染后持续存在的多系统症状综合征,严重影响患者生活质量。尽管多数研究聚焦老年或住院患者,但青年群体同样面临显著功能损害。本研究针对大学生群体,通过电子鼻(e-Nose)技术分析呼气挥发性有机物(VOCs),探索LC的快速筛查新方法。
研究方法
这项横断面研究纳入78名既往感染COVID-19的大学生(中位年龄20岁,56.4%女性),依据WHO德尔菲共识定义分为LC组(29.5%)和康复组。收集社会人口学、临床数据和肺活量测定结果,在受控环境下使用定制电子鼻系统采集呼气样本,并应用主成分分析(PCA)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、主坐标典型分析(CAP)和随机森林(RF)等机器学习算法分析VOCs模式。
关键发现
急性期疲劳(OR=3.22)、呼吸困难(OR=6.09)、恶心(OR=3.57)和呕吐(OR=11.37)与LC显著相关。远期症状中,嗅觉丧失(OR=3.65)、睡眠障碍(OR=4.34)和心动过缓为LC特征性表现。尽管所有参与者肺活量测定(FEV1/FVC>70%)均正常,但电子鼻数据显示LC组呼气VOCs模式存在显著差异:PCA模型总方差解释率达94.1%,CAP的R2=0.95,PLS-DA分类准确率97.4%(Q2=0.534),RF模型的袋外误差仅3.42%,ROC曲线下面积(AUC)达0.966。传感器S4和S2被识别为最具判别力的生物标志物。
临床意义
本研究证实近三分之一青年COVID-19康复者存在LC,且传统肺功能检查无法识别其亚临床系统异常。电子鼻呼气分析作为一种非侵入性、快速(数分钟内完成)的筛查工具,在青年LC早期识别中展现巨大潜力。该技术未来或可整合至校园医疗体系,为学术表现受损的学生提供早期干预依据。需在更大规模队列中验证其临床适用性。
研究局限性与展望
样本量较小可能限制结果普适性,横断面设计无法推断因果关系。未来应开展多中心纵向研究,将VOCs模式与炎症标志物、自主神经功能等生物学指标关联,进一步阐明LC病理机制。电子鼻技术与临床参数(如心率变异性)的整合有望提升诊断精度。
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