氫呼氣試驗(yàn)與結(jié)腸癌的關(guān)系研究進(jìn)展

何堯兒 陳茜 范一宏

氫呼氣試驗(yàn)，又稱呼氣氫試驗(yàn)，是指給受檢查者口服一定量的試驗(yàn)底物，然后測(cè)定其呼出氣體中氫含量的變化，以此來了解消化道病理生理變化的試驗(yàn)。氫呼氣試驗(yàn)最初用于診斷乳糖吸收不良癥，因其具有操作簡(jiǎn)便、迅速、無創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已作為一種非侵入性胃腸功能檢查方法，日益受到兒科與消化科醫(yī)師的重視[1]。呼氣氫試驗(yàn)對(duì)結(jié)腸癌的診斷有一定意義，但相關(guān)文獻(xiàn)較少。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)甲烷與結(jié)腸癌發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切，而呼出氣體中氫氣與甲烷聯(lián)系緊密。本文就氫呼氣試驗(yàn)的原理、呼出氣體中甲烷與氫氣的關(guān)系、結(jié)腸癌對(duì)氫氣和甲烷的影響、甲烷與結(jié)腸癌的關(guān)系以及氫氣與結(jié)腸癌的關(guān)系等方面，對(duì)氫呼氣試驗(yàn)與結(jié)腸癌的關(guān)系研究進(jìn)展作一綜述。

1 氫呼氣試驗(yàn)的原理

人類組織細(xì)胞代謝過程中不產(chǎn)生氫氣，呼出氣體中氫氣的唯一來源是腸道細(xì)菌對(duì)碳水化合物的酵解。結(jié)腸是細(xì)菌量最多的消化道部分，所以結(jié)腸是產(chǎn)生氫氣的主要場(chǎng)所，呼出氣體中99%的氫氣產(chǎn)生于結(jié)腸。正常情況下，絕大多數(shù)可吸收碳水化合物在到達(dá)結(jié)腸前已被完全吸收（在小腸中，2%～20%的小麥淀粉攝入量的不完全吸收是一個(gè)生理現(xiàn)象，可作為結(jié)腸細(xì)菌發(fā)酵的底物[2]），但當(dāng)腸道病變、缺乏膜結(jié)合性雙糖酶等引起吸收障礙，或給予在小腸內(nèi)不被消化吸收的糖（如乳果糖等）時(shí)，這些直接進(jìn)入結(jié)腸的糖，被細(xì)菌發(fā)酵代謝產(chǎn)生氫氣，其中約有14%～21%的氫氣彌散入血，循環(huán)至肺而呼出[3]。正常人空腹12h，排入結(jié)腸的未被胃和小腸消化吸收的殘余碳水化合物將被結(jié)腸細(xì)菌酵解產(chǎn)生氫氣，呼出氣體中氫氣濃度與環(huán)境空氣中相同。當(dāng)腸內(nèi)有2g以上的糖類物質(zhì)發(fā)酵，即可檢測(cè)到呼氣中的氫氣含量明顯增加，通過特殊儀器可進(jìn)行定量檢測(cè)[4]。氫呼氣試驗(yàn)可用于檢測(cè)小腸細(xì)菌過度增殖、測(cè)定口盲傳輸時(shí)間、測(cè)定胃酸水平、測(cè)定乳糖吸收不良癥等[5]。

2 呼出氣體中甲烷與氫氣的關(guān)系

甲烷與氫氣一樣，人體的新陳代謝不能產(chǎn)生分子狀態(tài)的氫氣，也不能產(chǎn)生甲烷氣體。呼出氣體中的甲烷與氫氣全部來自于胃腸道細(xì)菌在酵解碳水化合物過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。胃腸道細(xì)菌在酵解碳水化合物過程中產(chǎn)生短鏈脂肪酸、丁酸、二氧化碳、氮、氫氣等，有研究認(rèn)為丁酸和甲烷對(duì)結(jié)腸有保護(hù)作用，可以降低結(jié)腸癌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[6]。甲烷產(chǎn)生方式也與氫氣相似，胃腸道細(xì)菌酵解碳水化合物后產(chǎn)生包括甲烷和氫在內(nèi)的氣體，其中大約有14%～21%的氣體可以通過腸黏膜屏障進(jìn)入血液循環(huán)，經(jīng)血液循環(huán)到達(dá)肺泡，通過氣體交換呼出體外。呼出氣體中的甲烷和氫氣含量很低。人體在某些疾病狀態(tài)時(shí)，腸黏膜的通透性發(fā)生改變，甲烷和氫氣通過率增加。產(chǎn)甲烷菌是一類厭氧菌，主要為史氏甲烷短桿菌，其他還有擬桿菌和梭菌等菌屬，可以使2個(gè)氫分子與1個(gè)碳原子結(jié)合生產(chǎn)甲烷[7-9]。因此，會(huì)有部分患者由于上述原因，在疾病時(shí)呼出氣體中氫氣的濃度沒有變化，會(huì)出現(xiàn)假陰性結(jié)果。

3 結(jié)腸癌對(duì)氫氣和甲烷的影響

流行病學(xué)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，近30年來在我國結(jié)腸癌的患病率和病死率呈上升趨勢(shì)[10]。結(jié)腸癌患者由于腸道的梗阻，碳水化合物通過結(jié)腸的速度減慢，無氧酵解更加充分，會(huì)產(chǎn)生更加多的氫氣和甲烷。腫瘤切除后，患者可能會(huì)從產(chǎn)甲烷者變?yōu)椴划a(chǎn)甲烷者[11]。部分腸道阻礙會(huì)促使腸道生態(tài)的改變，促進(jìn)甲烷和氫氣的生成[12]。結(jié)直腸癌患者大多喜食肉食，缺乏蔬菜、水果攝入，這可能導(dǎo)致腸道菌群的改變，主要表現(xiàn)為乳酸桿菌、雙歧桿菌生長受到抑制，厭氧菌大量繁殖，可能產(chǎn)生更多的甲烷[13]。且甲烷本身可通過促進(jìn)節(jié)段性（非傳播）的收縮降低腸道血清素水平以延長結(jié)腸運(yùn)輸，這無論在腸易激綜合征患者還是健康個(gè)體中都是存在的[14-16]，可進(jìn)一步增加結(jié)腸癌患者氫氣和甲烷的產(chǎn)生。且結(jié)腸癌患者往往有黏膜病變，會(huì)使結(jié)腸中產(chǎn)生的氫氣和甲烷更多地吸收入血，通過肺呼出。

4 甲烷與結(jié)腸癌的關(guān)系

Haine等[17]發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌高患病人群腸道中厭氧菌含量明顯高于低患病率人群，呼出甲烷量是低患病率人群的2倍。在結(jié)腸癌患者中，結(jié)腸黏蛋白抗原（結(jié)腸上皮的主要分泌物）蛋白質(zhì)/糖類的比值有所提高，為產(chǎn)甲烷菌的生長提供較好的環(huán)境[18]。因此，腫瘤誘導(dǎo)的連接位點(diǎn)的改變可促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌的定植。張麗冬等[19]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)大腸癌組患者甲烷呼氣試驗(yàn)陽性率顯著高于正常人組，甲烷的產(chǎn)生與患者年齡、性別無關(guān)。Newmark等[20]發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌高危組患者的糞便pH值大于低危組，表明中性或弱堿的環(huán)境能促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌的生長和甲烷的產(chǎn)生。產(chǎn)甲烷菌主要分布在結(jié)腸中，并與糞便的黏稠度有關(guān)，左半結(jié)腸中糞便較硬，則產(chǎn)甲烷菌更占優(yōu)勢(shì)[21]。周波等[22]發(fā)現(xiàn)，降結(jié)腸和乙狀結(jié)腸癌的患者呼出甲烷濃度比對(duì)照組、近端結(jié)腸癌患者和直腸癌患者高。Karlin等[23]發(fā)現(xiàn)未切除的降結(jié)腸和乙狀結(jié)腸癌患者呼出的甲烷濃度比其他部位的結(jié)腸癌患者高2倍左右。較低的甲烷產(chǎn)量可能是右半結(jié)腸、直腸癌的特征性標(biāo)志[24]。Hainces等[25]發(fā)現(xiàn)大腸癌患者與對(duì)照組相比呼出更多的甲烷。任何部位的結(jié)腸癌患者比結(jié)腸腺瘤患者呼出更多的甲烷[12]。Holm等[26]對(duì)結(jié)直腸癌術(shù)后5-氟尿嘧啶輔助化療患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，腸道甲烷與此類患者胃腸道癥狀明顯相關(guān)，甲烷陽性的患者腹瀉減少，便秘增加。綜上所述，呼出氣體中甲烷的測(cè)定對(duì)結(jié)腸癌或其癌前狀態(tài)監(jiān)護(hù)，對(duì)結(jié)腸癌術(shù)后監(jiān)測(cè)腫瘤是否復(fù)發(fā)，可能是一種非侵入性快速簡(jiǎn)便的方法。且甲烷的產(chǎn)生與腫瘤發(fā)生的部位、腫瘤性質(zhì)相關(guān)。但也有部分學(xué)者認(rèn)為，結(jié)直腸癌患者呼出甲烷量與健康人比并無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，甲烷的呼出量與結(jié)直腸癌息肉的多發(fā)性和位置并無關(guān)聯(lián)，以此檢測(cè)并不能作為普通人群癌前病變的篩查方法[27-28]。

5 氫氣與結(jié)腸癌的關(guān)系

關(guān)于氫氣與結(jié)腸癌關(guān)系的研究報(bào)道并不多見。有研究發(fā)現(xiàn)，直腸癌和結(jié)腸癌患者比對(duì)照組和腺瘤患者呼出氫氣的濃度更高，且呼出氣體中氫氣和甲烷有很大的關(guān)聯(lián)性[12]。甲烷與結(jié)腸癌有密切關(guān)系，由此可以推出氫呼氣試驗(yàn)或許對(duì)結(jié)腸癌的診斷有一定的意義。梁素妨等[29]發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌患者比對(duì)照組氫氣濃度明顯升高，60%患者發(fā)生小腸細(xì)菌過度增殖。劉揚(yáng)[30]對(duì)手術(shù)后結(jié)腸癌患者進(jìn)行氫呼氣試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)43例結(jié)腸癌患者中18例小腸細(xì)菌過度生長陽性（41.9%），顯著高于健康對(duì)照組（6.7%），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。而且小腸細(xì)菌過度生長陽性患者整體消化道癥狀積分高于小腸細(xì)菌過度生長陰性患者,差異亦有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），治療后癥狀明顯改善。這說明結(jié)腸癌患者呼出氫氣明顯增高，且進(jìn)一步說明結(jié)腸癌患者消化道癥狀與其小腸細(xì)菌過度增長有不可分割的關(guān)系，可進(jìn)一步治療小腸細(xì)菌過度生長結(jié)腸癌患者消化道癥狀。還有文獻(xiàn)指出，消化道腫瘤如肝癌、結(jié)腸癌患者，免疫功能低下，腸黏膜屏障往往受到破壞，結(jié)腸內(nèi)細(xì)菌可移位至小腸，引起小腸細(xì)菌過度增殖和胃腸動(dòng)力障礙，這可能引起氫呼氣試驗(yàn)陽性[31]。

6 小結(jié)

綜上所述，氫呼氣試驗(yàn)在結(jié)腸癌診斷中有一定的應(yīng)用價(jià)值。但由于部分受試者消化道內(nèi)可能不存在產(chǎn)氫氣菌或產(chǎn)生的氫氣被其體內(nèi)的產(chǎn)甲烷菌或其它氫氣消耗性細(xì)菌所消耗，會(huì)出現(xiàn)氫呼氣試驗(yàn)假陰性，故同時(shí)進(jìn)行氫呼氣試驗(yàn)與甲烷呼氣試驗(yàn)可提高診斷的靈敏度與特異度。