甲烷和氢呼气检测设备.doc

1甲烷和氢呼气检测设备丁文京博士北美医学教育基金会前言前言甲烷和氢呼气检测是了解人体胃肠功能和代谢的一个重要无创检查方法，也是了解由于肠 道微生态变化所导致的疾病的一个有实用价值的方法甲烷和氢呼气检测的原理甲烷和氢呼气检测的原理甲烷和氢呼气检测之所以可以用于临床检验的基本是基于以下几个基本要素：第一、人体的新陈代谢虽然可以产生氢离子，但是不产生分子状态的氢气和也不能产生甲 烷气体我们呼出气中的甲烷和氢气全部来自于胃肠道的细菌在酵解碳水化合物过程中产生的代 谢产物第二、胃肠道产生甲烷和氢气必须基于两个最基本的条件，即胃肠道要有碳水化合和可以 酵解碳水化合物的细菌，这两个因素缺一不可所以可以认为甲烷和氢呼气主要是反映与胃肠道 细菌和胃肠道对碳水化合物消化吸收有关的疾病第三、正常情况下，胃肠道细菌酵解碳水化合物后产生包括甲烷和氢在内的气体，其中大 约有 14-21%的气体可以通过肠粘膜屏障进入血液循环，经血液循环到达肺泡，通过气体交换呼出 体外呼出气中的甲烷和氢含量很低，在 ppm 水平ppm 是英文 Parts Per Million 的缩写，称 百万分率，表示百万分之几在某些疾病情况时，肠粘膜的通透性变化，甲烷好氢通过率增加， 有报导肠道甲烷和氢的通过率可以达到 50%。

第四、正常情况下小肠内的细菌非常少，所以在甲烷和氢呼气曲线在小肠段呼出的量很少， 当小肠内细菌增加时，临床上称为小肠细菌过度生长，在小肠段代谢产生的甲烷好氢就会增加， 甲烷和氢呼气曲线会明显上升第五、某些肠道细菌可以利用氢，使 2 个氢分子与 1 个碳原子结合生产甲烷不同的文献 报道，大约有 15-35%的人群由于上述原因，在疾病时呼出气中氢的浓度没有变化，会出现假阴性 结果中国人大约有 65%左右的人群没有产甲烷的细菌，或只有很少产甲烷的细菌，其呼出其中 或者没有甲烷，或者只有很少量的甲烷鉴于这两个因素，现在临床日益认识到有必要同时测量 呼出气中的甲烷和氢，整合这两个参数的变化以减少假阴性甲烷和氢呼气可以检查的项目甲烷和氢呼气可以检查的项目碳水化合物吸收不良：碳水化合物吸收不良：甲烷和氢呼气试验可以检测各种由于先天性或后天性糖类分解酶分 泌不足造成的碳水化合物吸收不良中国人常见的先天性糖类分解酶不足有乳糖酶缺乏导致的乳 糖不耐受不常见，但是传统方法比较难以诊断的果糖酶缺乏导致的果糖不耐受、蔗糖酶缺乏导 致的蔗糖不耐受等，以及山梨醇酶缺乏导致的山梨醇不耐受等后天性糖类分解酶不足，多由于 疾病导致。

常见的有由于腹泻导致的乳糖酶缺乏，慢性胰腺疾病导致的胰淀粉酶缺乏等检验时 给受试者服用特定的糖（常用 50g 糖，儿童根据每 kg 体重 1g 计算），当肠道缺乏相应的酶时， 小肠不能完全吸收这些糖，那些不能被吸收的糖进入结肠后被细菌酵解产生甲烷和氢，由此可以2判断是否存在酶缺乏对于由于慢性胰腺疾病导致的胰淀粉酶缺乏，可以服用 100g 淀粉或米粉， 胰淀粉酶缺乏导致小肠不能完全吸收淀粉或米粉，在结肠段出现甲烷和氢呼气高峰小肠细菌过度生长：小肠细菌过度生长：正常人体小肠部分细菌很少，当服用糖类后尽产生很少的甲烷和氢， 基本在基线水平当小肠有细菌后，可以酵解糖产生甲烷和氢，当氢呼气值高于基线值 12ppm， 或者氢气值加甲烷值高于基线值 15ppm 时表示小肠内有高于正常数量的细菌，临床上称为小肠细 菌过度生长（Small Intestinal Bacteria Overgrowth,简称 SIBO,欧洲常用 Small Bowel Bacteria Overgrowth,简称 SBBO）用甲烷和氢呼气检测小肠细菌过度生长，可以帮助了解肠道 微生态的变化，在诊断和治疗由于菌群移位和菌群失调导致的疾病方面提供有重要价值的帮助。

国内外有大量研究证明肠道菌群失调可以导致人体多个系统的病变通过检测小肠细菌过度生长 可以打开了解包括糖尿病、心血管、肝脏等疾病的新思路口盲时间：口盲时间：即从糖入口到达盲肠的时间，又称口盲传输时间（Orocecal Transit Time, OCTT），用以反映胃肠蠕动速度，检测多种与胃肠传输速度有关的疾病，或者评估某些疾病状态 在胃肠传输的功能常用的方法是在空腹情况下口服一定剂量的人体不能吸收的碳水化合物（临 床常用 10-20g 乳果糖），每间隔 10-30 分钟检测一次呼出气中甲烷和氢气的浓度，当氢呼气值高 于基线值 12ppm，或者氢气值加甲烷值高于基线值 15ppm 时表示乳果糖进入盲肠，从口服乳果糖 到这个节点的时间表示口盲传输时间影响口盲时间的因素较多，不同底物和食物胃肠传输速度 不一样，还有鉴别小肠细菌过度生长胃酸分泌量：胃酸分泌量：口服足够剂量的金属镁后，它在胃内可与盐酸产生反应而产生氢分子，经胃 粘膜弥散进入血液循环通过呼气排出呼气中氢的排出量与胃内盐酸的量呈正相关因此，可以 通过检测呼出气中氢的浓度帮助了解胃酸分泌功能国内外在正常人和胃十二指肠溃疡的病人的 研究，均证明用金属镁的方法与五肽胃泌素刺激试验和99mTc 胃 γ 照相法比较都呈现高度的相关性。

测量胃酸分泌对胃和十二指肠溃疡，萎缩性胃炎和胃癌的治疗提供有益的帮助产甲烷菌的分布：产甲烷菌的分布：产甲烷菌是一种古老的厌氧菌，广泛存在于反刍动物的胃，可以分解植 物纤维产生能量在大约三分之一的人群中也发现有两种产甲烷菌存在正常情况下，人体产甲 烷菌主要存在于降结肠，病理情况下有可能会移位到胃肠道的其它部位目前关于产甲烷菌对人 体生理和病理的机制还不十分清楚，有研究发现，产甲烷菌与肥胖、便秘和结肠癌存在高度的相 关性通过测量呼出气中甲烷浓度有助于我们更多地了解肠道菌群失调导致的疾病常用的几种检查方法常用的几种检查方法依照采用不同底物，甲烷和氢呼气检测方法有多种，临床上比较常用的有以下几种：乳糖呼气试验：乳糖呼气试验：主要用于检测乳糖酶缺乏症、小肠细菌过增长和口盲传输时间常用剂量 为儿童每 kg 体重 1g，最多不超过 25g成人用量常用 50g取样间隔时间为每 30 分钟一次，亦 有使用每小时一次取样，结果相似诊断标准是氢浓度大于基线 20ppm，或者甲烷浓度大于基线 12ppm，或者甲烷与氢上升之和大于基线 15ppm乳果糖呼气试验：乳果糖呼气试验：主要用于检测小肠细菌过增长和口盲传输时间。

还可以用于了解是否存 在回盲瓣关闭障碍常用剂量为儿童每 kg 体重 1g，最多不超过 10g成人用量常用 10g取样间 隔时间为每 20 或 30 分钟一次诊断标准是氢浓度大于基线 20ppm，或者甲烷浓度大于基线 12ppm，或者甲烷与氢上升之和大于基线 15ppm葡萄糖呼气试验：葡萄糖呼气试验：主要用于检测小肠细菌过增长和口盲传输时间常用剂量为儿童每 kg 体重 1g，最多不超过 25g成人用量常用 50g取样间隔时间为每 20 或 30 分钟一次诊断标准3是氢浓度大于基线 12ppm，或者甲烷浓度大于基线 12ppm，或者甲烷与氢上升之和大于基线 15ppm糖尿病的病人不能用葡萄糖呼气试验，需要用乳果糖做为底物检测果糖呼气试验：果糖呼气试验：用于检测果糖不耐受常用剂量为儿童每 kg 体重 1g，最多不超过 25g 成人用量常用 50g取样间隔时间为每 30 分钟一次，亦有使用每小时一次取样，结果相似诊断 标准是氢浓度大于基线 20ppm，或者甲烷浓度大于基线 12ppm，或者甲烷与氢上升之和大于基线 15ppm蔗糖呼气试验：蔗糖呼气试验：用于检测蔗糖不耐受常用剂量为儿童每 kg 体重 2g，最多不超过 50g。

成人用量常用 50g取样间隔时间为每 30 分钟一次诊断标准是氢浓度大于基线 20ppm，或者甲 烷浓度大于基线 12ppm，或者甲烷与氢上升之和大于基线 15ppm支链淀粉呼气试验：支链淀粉呼气试验：主要用于测定胰腺淀粉酶，通过胰腺淀粉酶的分泌了解胰腺的外分泌 功能，临床上常用于慢性胰腺炎和其它胰腺相关疾病的辅助检查常用剂量为 100g 支链淀粉，亦 有文献报道服用 100g 米粉做为底物取样间隔时间为每 30 分钟一次诊断标准是氢浓度大于基 线 20ppm，或者甲烷浓度大于基线 12ppm，或者甲烷与氢上升之和大于基线 15ppm当呼气氢含量 高于基线 10-20ppm 并伴相关临床症状时，诊断为胰腺外分泌功能轻度降低当呼气氢含量高于基 线 20-30ppm 并伴相关临床症状时，诊断为胰腺外分泌功能中度降低当呼气氢含量高于基线 30ppm 并伴相关临床症状时，诊断为胰腺外分泌功能重度降低目前还没有见到用甲烷呼气评判 的文献常用的几种设备使用的技术常用的几种设备使用的技术从检测设备的技术原理，检测呼出气体中甲烷和氢气的技术主要有气相色谱技术、电化学 技术和固态传感器技术各技术的特点简述如下：气相色谱技术：气相色谱技术：气相色谱仪是一种用于分离复杂样品中的化合物的化学分析仪器。

James 和 Martin 在 1952 年提出了气相色谱的理论，同时发明了世界第一台气相色谱检测设备在上世 纪 60 年代开始，由于技术的发展，陆续出现了一些高灵敏度和高选择性的检测器1962 年美国 Quintron 仪器公司根据乌拉圭一个医生的设想，开发了世界第一台用于检查呼出气氢浓度的设备 气相色谱仪中有一根流通型的狭长色谱柱在色谱柱中，不同的样品因为具有不同的物理和化学 性质，与特定的柱填充物（固定相）有着不同的相互作用而被气流（载气，流动相）以不同的速 率带动当化合物从柱的末端流出时，它们被检测器检测到，产生相应的信号，并被转化为电信 号输出气相色谱仪由于设备复杂和昂贵，且检查时间慢，难以在大面积临床推广使用电化学技术：电化学技术：电化学气体检测设备主要由传感器、电子电路和呼气前处理系统三部分组成 电化学技术使用的氢气传感器是一种化学燃料电池，利用呼出气体中的氢与其中的化学物质发生 反应产生能量，即利用水电解的逆反应，把能量转化成电流通过检测电压的变化，推算出氢的 浓度与气相色谱技术相比，电化学技术使用方便，检测简单快速但是由于在检测氢气时要消 耗传感器内的化学物质，随着检测次数的增加，其结果的稳定性和敏感性逐渐降低。

根据中国研 发者文献介绍在一粒pp3工业电池的驱动下设备可以工作大约3个月，根据英国制造厂家的保修规 定，保修期仅为6个月固态传感器技术：固态传感器技术：固态传感器技术又叫半导体传感器技术上世纪80年代开始了传感器的 革命时代，半导体技术的发展推动了从过去非固态传感器向半导体固态传感器的革命，进入了现 代传感器时代在应用技术上实现了微机电一体化，从功能上实现了从单一测量量到复合测量 美国Quintron公司采用了先进的半导体传感器技术和领先的计算机软件算法，制造出目前世界唯 一的同时测量甲烷、氢和二氧化碳浓度的固态传感器检测设备这个设备兼具了快速方便、数据 准确和性能稳定的优点，由于Quintron固态传感器技术可以同时检测甲烷、氢和二氧化碳，避免4了假阳性率和确保检测数据的稳定性和可重复性，是现在国际临床和科研使用的主流设备，在重 要的临床文献都广泛采用这个技术做为研究的手段由来自世界多个国家的专家2009年在《营养药物学和治疗学（Alimentary Pharmacology 58: 217.224.A. GASBARRINI,et al., Methodology and indications of H2-breath testing in gastrointestinal diseases: the Rome Consensus Conference, Aliment Pharmacol Ther 29 (Suppl. 1), 1–49.郑家驹，氢呼气试验临床应用与研究进展，江苏医药 1998年第24卷第8期第575-576页。

R. J. SAAD and W. D. C。