氫呼氣試驗與結腸癌的關系研究進展

何堯兒 陳茜 范一宏

氫呼氣試驗，又稱呼氣氫試驗，是指給受檢查者口服一定量的試驗底物，然后測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。氫呼氣試驗最初用于診斷乳糖吸收不良癥，因其具有操作簡便、迅速、無創等優點，現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師的重視[1]。呼氣氫試驗對結腸癌的診斷有一定意義，但相關文獻較少。現已發現甲烷與結腸癌發生、發展關系密切，而呼出氣體中氫氣與甲烷聯系緊密。本文就氫呼氣試驗的原理、呼出氣體中甲烷與氫氣的關系、結腸癌對氫氣和甲烷的影響、甲烷與結腸癌的關系以及氫氣與結腸癌的關系等方面，對氫呼氣試驗與結腸癌的關系研究進展作一綜述。

1 氫呼氣試驗的原理

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

2 呼出氣體中甲烷與氫氣的關系

甲烷與氫氣一樣，人體的新陳代謝不能產生分子狀態的氫氣，也不能產生甲烷氣體。呼出氣體中的甲烷與氫氣全部來自于胃腸道細菌在酵解碳水化合物過程中產生的代謝產物。胃腸道細菌在酵解碳水化合物過程中產生短鏈脂肪酸、丁酸、二氧化碳、氮、氫氣等，有研究認為丁酸和甲烷對結腸有保護作用，可以降低結腸癌的發生風險[6]。甲烷產生方式也與氫氣相似，胃腸道細菌酵解碳水化合物后產生包括甲烷和氫在內的氣體，其中大約有14%～21%的氣體可以通過腸黏膜屏障進入血液循環，經血液循環到達肺泡，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時，腸黏膜的通透性發生改變，甲烷和氫氣通過率增加。產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個氫分子與1個碳原子結合生產甲烷[7-9]。因此，會有部分患者由于上述原因，在疾病時呼出氣體中氫氣的濃度沒有變化，會出現假陰性結果。

3 結腸癌對氫氣和甲烷的影響

流行病學調查中發現，近30年來在我國結腸癌的患病率和病死率呈上升趨勢[10]。結腸癌患者由于腸道的梗阻，碳水化合物通過結腸的速度減慢，無氧酵解更加充分，會產生更加多的氫氣和甲烷。腫瘤切除后，患者可能會從產甲烷者變為不產甲烷者[11]。部分腸道阻礙會促使腸道生態的改變，促進甲烷和氫氣的生成[12]。結直腸癌患者大多喜食肉食，缺乏蔬菜、水果攝入，這可能導致腸道菌群的改變，主要表現為乳酸桿菌、雙歧桿菌生長受到抑制，厭氧菌大量繁殖，可能產生更多的甲烷[13]。且甲烷本身可通過促進節段性（非傳播）的收縮降低腸道血清素水平以延長結腸運輸，這無論在腸易激綜合征患者還是健康個體中都是存在的[14-16]，可進一步增加結腸癌患者氫氣和甲烷的產生。且結腸癌患者往往有黏膜病變，會使結腸中產生的氫氣和甲烷更多地吸收入血，通過肺呼出。

4 甲烷與結腸癌的關系

Haine等[17]發現，結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。在結腸癌患者中，結腸黏蛋白抗原（結腸上皮的主要分泌物）蛋白質/糖類的比值有所提高，為產甲烷菌的生長提供較好的環境[18]。因此，腫瘤誘導的連接位點的改變可促進產甲烷菌的定植。張麗冬等[19]研究結果發現大腸癌組患者甲烷呼氣試驗陽性率顯著高于正常人組，甲烷的產生與患者年齡、性別無關。Newmark等[20]發現，結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境能促進產甲烷菌的生長和甲烷的產生。產甲烷菌主要分布在結腸中，并與糞便的黏稠度有關，左半結腸中糞便較硬，則產甲烷菌更占優勢[21]。周波等[22]發現，降結腸和乙狀結腸癌的患者呼出甲烷濃度比對照組、近端結腸癌患者和直腸癌患者高。Karlin等[23]發現未切除的降結腸和乙狀結腸癌患者呼出的甲烷濃度比其他部位的結腸癌患者高2倍左右。較低的甲烷產量可能是右半結腸、直腸癌的特征性標志[24]。Hainces等[25]發現大腸癌患者與對照組相比呼出更多的甲烷。任何部位的結腸癌患者比結腸腺瘤患者呼出更多的甲烷[12]。Holm等[26]對結直腸癌術后5-氟尿嘧啶輔助化療患者進行研究發現，腸道甲烷與此類患者胃腸道癥狀明顯相關，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定對結腸癌或其癌前狀態監護，對結腸癌術后監測腫瘤是否復發，可能是一種非侵入性快速簡便的方法。且甲烷的產生與腫瘤發生的部位、腫瘤性質相關。但也有部分學者認為，結直腸癌患者呼出甲烷量與健康人比并無統計學差異，甲烷的呼出量與結直腸癌息肉的多發性和位置并無關聯，以此檢測并不能作為普通人群癌前病變的篩查方法[27-28]。

5 氫氣與結腸癌的關系

關于氫氣與結腸癌關系的研究報道并不多見。有研究發現，直腸癌和結腸癌患者比對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聯性[12]。甲烷與結腸癌有密切關系，由此可以推出氫呼氣試驗或許對結腸癌的診斷有一定的意義。梁素妨等[29]發現結腸癌患者比對照組氫氣濃度明顯升高，60%患者發生小腸細菌過度增殖。劉揚[30]對手術后結腸癌患者進行氫呼氣試驗，發現43例結腸癌患者中18例小腸細菌過度生長陽性（41.9%），顯著高于健康對照組（6.7%），差異有統計學意義（P＜0.05）。而且小腸細菌過度生長陽性患者整體消化道癥狀積分高于小腸細菌過度生長陰性患者,差異亦有統計學意義（P＜0.05），治療后癥狀明顯改善。這說明結腸癌患者呼出氫氣明顯增高，且進一步說明結腸癌患者消化道癥狀與其小腸細菌過度增長有不可分割的關系，可進一步治療小腸細菌過度生長結腸癌患者消化道癥狀。還有文獻指出，消化道腫瘤如肝癌、結腸癌患者，免疫功能低下，腸黏膜屏障往往受到破壞，結腸內細菌可移位至小腸，引起小腸細菌過度增殖和胃腸動力障礙，這可能引起氫呼氣試驗陽性[31]。

6 小結

綜上所述，氫呼氣試驗在結腸癌診斷中有一定的應用價值。但由于部分受試者消化道內可能不存在產氫氣菌或產生的氫氣被其體內的產甲烷菌或其它氫氣消耗性細菌所消耗，會出現氫呼氣試驗假陰性，故同時進行氫呼氣試驗與甲烷呼氣試驗可提高診斷的靈敏度與特異度。