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为解决呼出气挥发性有机化合物（eVOC）在运动领域应用欠发达，且其作为运动反应生物标志物可靠性存疑的问题，研究人员开展了 “呼出气丙酮和异戊二烯在健康活跃成年人亚极量跑步机运动反应中的可靠性” 研究，结果显示异戊二烯可靠性良好，为运动研究提供了潜在生物标志物。
在运动科学和健康医学领域，呼吸检测正逐渐成为研究的热点。想象一下，我们仅通过呼吸，就能获取身体在运动过程中的各种信息，这是不是很神奇？然而，目前呼出气挥发性有机化合物（eVOC）在体育和运动场景中的应用还很不成熟。虽然 eVOC 是一类能在常温下轻易蒸发、可通过质谱检测到的外源性或内源性分子，有望成为监测运动引起的生理和代谢变化的无创工具，但现有方法大多是针对癌症、糖尿病等疾病检测开发的。
就拿呼出气中的丙酮和异戊二烯来说，它们是呼气中含量丰富的典型化合物。丙酮是糖酵解和脂肪分解的副产物，有人认为它能反映酮症，是能量平衡和脂肪减少的潜在标志物。而异戊二烯，过去认为与肝脏胆固醇生物合成有关，如今研究发现它源于肌肉脂肪分解胆固醇代谢。但由于 eVOC 的分布动力学和呼出动力学受多种因素影响，比如化合物在血液和气道中的溶解度、气道阻力、挥发性，还有昼夜节律、血液动力学、肺功能、呼吸模式、身体姿势和活动等，加上研究方法差异大，使得 eVOC 测量的可靠性难以确定。同时，以往关于运动对 eVOC 影响的研究多局限于低强度运动，对于大众常见的稳态跑步等运动，相关研究几乎空白。
为了深入了解呼出气丙酮和异戊二烯能否可靠地反映运动引起的生理变化，澳大利亚联邦大学（Federation University Australia）等机构的研究人员开展了这项先导研究。研究成果发表在《Journal of Science in Sport and Exercise》上。
研究人员采用了以下主要技术方法：招募了 10 名健康活跃的成年男性志愿者，先让他们进行递增式跑步机测试以确定个人心肺功能（VO2peak），之后进行两次亚极量跑步机运动试验，中间间隔 7 天休息。运动时以VO2peak速度的 80% 持续跑 20 分钟。通过固相微萃取纤维（SPME）和气相色谱 - 质谱联用（GC - MS）技术，在运动前、运动 10 分钟后和运动 24 小时后采集呼出气样本进行分析。
研究结果如下：
- 可靠性分析：丙酮的克朗巴赫 α 系数（Cronbach's α）为 -0.184，组内相关系数（ICC）为 -0.096 ，表明其内部一致性和测量一致性差，技术误差（TE=2.38×106）和变异系数（CV=90%）高。而异戊二烯的 Cronbach's α为 0.817，ICC 为 0.699 ，显示出良好的内部一致性和中等的测量一致性，TE=1.24×106，CV=28% 。
- 异戊二烯水平变化：重复测量方差分析（RMANOVA）表明，运动试验 1 和试验 2 中，异戊二烯水平随时间变化显著。二次回归显示，试验 1 和试验 2 中，运动 10 分钟后异戊二烯水平下降（试验 1 中P<0.01，试验 2 中P<0.05） ，24 小时后恢复到基线水平。
研究结论和讨论部分指出，本研究对呼出气丙酮和异戊二烯作为运动引起生理变化的测量指标的可靠性进行了探索。丙酮可靠性差，可能是因为混合呼气丙酮浓度反映的是支气管气道而非肺泡中的浓度，且本研究运动时长不足，未达到使丙酮浓度稳定的效果。而异戊二烯可靠性较高，其变化模式与之前研究及相关生理模型相符，运动 10 分钟后下降、24 小时后恢复正常，表明其对有氧运动的动态反应一致且可重复。这意味着异戊二烯有潜力成为研究运动影响的候选生物标志物。
不过，本研究也存在一些局限性。比如研究过程中无法确定丙酮和异戊二烯的标准品，也就无法测定其绝对浓度；研究方法未纳入生理建模，未考虑血液动力学、肺功能和气体交换模式等对 VOC 浓度的影响；呼气样本采集时无法确定采集的是呼气的哪一部分；未进行血乳酸分析，难以确定参与者是否达到无氧阈值；饮食控制不够严格，可能影响丙酮水平。而且研究仅纳入男性参与者，样本量较小，缺乏对照组，这些都限制了研究结果的普遍性。
尽管如此，这项研究为后续研究奠定了基础。未来研究可进一步确定其他 eVOC 在静息状态下的变异性，在更符合实际的训练计划和体育比赛场景中探索，寻找与运动压力、疲劳和适应相关的潜在化合物，从而推动运动科学和健康医学领域对 eVOC 的研究和应用。
