(一)直接检测

呼气由气体、水蒸气和悬浮微粒三部分组成，来源于环境空气和体内细胞及微生物代谢。直接检测各种呼气成分的含量变化显然可以反映机体的生理和病理改变。

1. 高浓度气体分析 N₂、O₂、氩(Ar)是空气中三大高浓度气体，分别占无水干空气总容积的78.09%、20.95%和0.93%，三者合计99.9%。其余痕迹气体的总量不足0.1%，其中以CO₂浓度最高(0.03%)。呼气中的高浓度气体除了N₂、O₂、Ar，还增加了CO₂，后者浓度高达5.0% ~5.5%，较空气增加了100多倍。4种高浓度气体的无水容积仍占99.9%。

O₂和CO₂是呼吸交换气体，是生命活动的基础。凡涉及整体O₂利用和CO₂产生的生命过程最终都会反映在呼气O₂减少速率或CO₂增加速率的变化上。因此，呼气O₂和CO₂分析是最基本和最重要的呼气试验。O₂测量过去一般使用电学传感器测量，现有最新的顺磁法，而CO₂分析多用红外光谱吸收法。

N₂和Ar属于非交换惰性气体，呼吸过程不存在总量变化，可作为肺容积测定的稀释指示剂使用。

2．痕迹气体分析 痕迹气体总容积虽不足0.1%，但种类却极为繁杂。应用最新全二维气相色谱/飞行时间质谱检测，单例气样检出的VOCs竟然超过2 000种[106]。单一成分测量诊断和多组分指纹分析是现代呼气试验两大重要内容。至于具体分析方式，现行方法有直接采样测试和浓缩采样测试两种。

(1) 直接采样测试：当呼气中被检物浓度较高或使用的测定方法灵敏度较高时，可通过采用直接采样方式检测。因被检气体性质各异，具体测定方法也各不相同，但不外乎电学分析、光学分析、色谱分析、质谱分析或几种方法联合分析。直接采样测试的突出优点是简单易行，是值得大力发展的方向。目前可以通过直接采样测试的成分主要是各种无机气体或部分小分子有机气体如NH₃、NO、CO，H₂O₂、H₂、甲醇、乙醇、H₂S、丙酮、CH₄、乙烷、异戊二烯等。

(2) 浓缩采样测试：当呼气中被检物浓度较低或所采用的测试方法灵敏度尚未能满足直接采样测试时，可通过浓缩采样检测，计有溶液浓缩、固体采样和低温冷凝三大类。目前需要浓缩采样测试的痕迹气体主要是化学性质不活泼而分子结构又复杂的VOCs和各种放射性气体，以活性炭固体吸附浓缩采样后分离测试最常用。

3. 呼气冷凝液分析 呼气冷凝液一般是指-10℃~0℃条件下制得的呼出气冷凝水。呼气冷凝液中含有各种生物活性分子，主要源于气道和肺泡表面液体。因此，呼气冷凝液分析主要用于肺生化功能评估。呼气冷凝液的制备过程十分简单，让受试者含着冷凝管接口呼吸10~20 min即可收集到1~2 ml冷凝水。至于呼气冷凝液成分测定的原则和方法与一般体液化验相同。

(二) 指示剂呼气试验

指示剂呼气试验是指通过口服、吸入或注射等途径摄人可原形呼出的标志气体或可代谢成为标志性气体的化合物，然后测定呼气标志性气体的变化，从而研究机体的生理、病理变化。所用指示剂可分核素示踪剂和非核素指示剂两类。

1. 核素示踪剂呼气试验 C、H、O、N是四大生命元素。因此，核素示踪研究一般选用这四种元素的同位素标记示踪化合物，C核素标记最常用，H、O、N核素标记近年也有使用。

(1)^13/14C-标记呼气试验： 习称^13/14CO₂呼气试验，是应用最多的呼气试验。摄人一定剂量的^13/14C-标记化合物，经体内一系列代谢转化生成^13/14CO₂，后者与体内的CO₂库混合，最终引起呼气^13/14CO₂含量升高。因此，测定摄入^13/14C-标记化合物呼气^13/14CO₂含量变化可以评价体内相应代谢转化状态(图1-4)。

气样¹³CO₂和¹⁴CO₂浓度的测定方法各不相同。¹³C属于稳定核素，无放射性，通过¹³CO₂/¹²CO₂丰度比值法进行定量，气体同位素比值质谱仪是传统的测量仪器，近年问世的红外分析仪使检测成本大为下降。¹⁴C属于放射性核素，释放低能纯β-射线，半衰期5694年，正逐步被¹³C-标记取代。¹⁴CO₂的最佳测量方法是液体闪烁计数，先将气样¹⁴CO₂吸收浓缩，加闪烁液后测定样品β-射线的放射性比活度。

(2)¹⁸O-标记呼气试验¹⁸O为稳定核素，需质谱测量。现仅有重氧水（H₂¹⁸O）呼气试验和C¹⁸O呼气试验，H₂¹⁸O呼气试验用于总体水量测量，而C¹⁸O呼气试验用于肺扩散容量测量和肺结核及诊断。

(3)^2/3H-标记呼气试验²H属于稳定核素，而³H属放射性核素，分别需要质谱测量和放射性分析，现有重水呼气试验测量总体水量(图1-5)和²H₃-2-丙醇呼气试验测定乙醇脱氢酶活性。所谓重水是由重氧核素或重氢核素构成的水，研究所用主要包括放射性氚水(T₂O、³H₂O)、氘(D₂O，²H₂O)和重氧水(H₂¹⁸O)三种。重水的体内分布和代谢与普通轻水（¹H₂O）)完全一致，是水代谢的最佳示踪剂。氚水属长寿命放射核素，只可用于动物试验。人体水代谢示踪需选择氘水或重氧水。

(4)¹⁵N-标记呼气试验¹⁵N属于稳定核素,需质谱测量。现有¹⁵N-异烟肼呼气试验诊断肺结核。结核杆菌可将¹⁵N-异烟肼代谢释放¹⁵N₂。

2．非核素标记指剂剂呼气试验 主要有以下几种类型。

(1) 不溶惰性气体冲洗技术：不溶性惰性气体包括严格意义上的惰性气体、N₂及某些有机气体。它们的共同特点是化学性质不活泼，常温常压下在水或血液中的溶解度很低。吸入不溶性惰性气体，主要是被肺内气体稀释，而吸收消耗有限。因此，通过吸人纯氧气可将肺内原有N₂洗出或者通过呼吸非N₂不溶惰性气体，根据稀释度可以判断肺内气体分布状况，还可计算闭合容积、功能残气量和残气量等肺功能参数。至于气样浓度测试，一般需要质谱分析。

(2) 可溶气体吸收试验：可溶气体是指在水和脂类中溶解度较高的气体，常用的可溶气体有O₂、CO₂、CO和乙块。吸人一种可溶指示气体，在被肺内原有残余气体稀释的同时，指示气体还向气道粘膜肺组织扩散消耗。根据气-液扩散原理和Fick稀释原理，测定可溶指示气体的吸收消耗量可以算出肺(心)血液流量、肺组织容积、呼吸膜弥散功能等心肺功能生理参数。至于气样可溶指示气体的浓度测定则因指示气体性质而异。

(3) H₂/CH₄呼气试验：肠道细菌对碳水化合物酵解是呼气H₂/CH₄的惟一来源。因此，口服一种肠道细菌可酵解的试验糖后出现呼气H₂/CH₄明显升高只有两种可能：一是过生长的小肠细菌对试验糖的酵解，二是未被吸收的试验糖进入结肠酵解。根据口服试验糖的性质，结合呼气气H₂/CH₄浓度变化时相和幅度可对酵解部位进行推断，进行诊断小肠细菌过生长、碳水化合物吸收不良症、胃肠动力消化道生理病理状态(图1-7)。因金属镁能与胃酸反应生成氯化镁并释放H₂，故而镁H₂呼气试验还可用于胃酸缺乏症诊断。至于气样H₂和CH₄的浓度测定，电学传感器或气相色谱法均可。