氢呼气试验与结肠癌的关系研究进展

何尧儿 陈茜 范一宏

氢呼气试验，又称呼气氢试验，是指给受检查者口服一定量的试验底物，然后测定其呼出气体中氢含量的变化，以此来了解消化道病理生理变化的试验。氢呼气试验最初用于诊断乳糖吸收不良症，因其具有操作简便、迅速、无创等优点，现已作为一种非侵入性胃肠功能检查方法，日益受到儿科与消化科医师的重视[1]。呼气氢试验对结肠癌的诊断有一定意义，但相关文献较少。现已发现甲烷与结肠癌发生、发展关系密切，而呼出气体中氢气与甲烷联系紧密。本文就氢呼气试验的原理、呼出气体中甲烷与氢气的关系、结肠癌对氢气和甲烷的影响、甲烷与结肠癌的关系以及氢气与结肠癌的关系等方面，对氢呼气试验与结肠癌的关系研究进展作一综述。

1 氢呼气试验的原理

人类组织细胞代谢过程中不产生氢气，呼出气体中氢气的唯一来源是肠道细菌对碳水化合物的酵解。结肠是细菌量最多的消化道部分，所以结肠是产生氢气的主要场所，呼出气体中99%的氢气产生于结肠。正常情况下，绝大多数可吸收碳水化合物在到达结肠前已被完全吸收（在小肠中，2%～20%的小麦淀粉摄入量的不完全吸收是一个生理现象，可作为结肠细菌发酵的底物[2]），但当肠道病变、缺乏膜结合性双糖酶等引起吸收障碍，或给予在小肠内不被消化吸收的糖（如乳果糖等）时，这些直接进入结肠的糖，被细菌发酵代谢产生氢气，其中约有14%～21%的氢气弥散入血，循环至肺而呼出[3]。正常人空腹12h，排入结肠的未被胃和小肠消化吸收的残余碳水化合物将被结肠细菌酵解产生氢气，呼出气体中氢气浓度与环境空气中相同。当肠内有2g以上的糖类物质发酵，即可检测到呼气中的氢气含量明显增加，通过特殊仪器可进行定量检测[4]。氢呼气试验可用于检测小肠细菌过度增殖、测定口盲传输时间、测定胃酸水平、测定乳糖吸收不良症等[5]。

2 呼出气体中甲烷与氢气的关系

甲烷与氢气一样，人体的新陈代谢不能产生分子状态的氢气，也不能产生甲烷气体。呼出气体中的甲烷与氢气全部来自于胃肠道细菌在酵解碳水化合物过程中产生的代谢产物。胃肠道细菌在酵解碳水化合物过程中产生短链脂肪酸、丁酸、二氧化碳、氮、氢气等，有研究认为丁酸和甲烷对结肠有保护作用，可以降低结肠癌的发生风险[6]。甲烷产生方式也与氢气相似，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%的气体可以通过肠黏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。呼出气体中的甲烷和氢气含量很低。人体在某些疾病状态时，肠黏膜的通透性发生改变，甲烷和氢气通过率增加。产甲烷菌是一类厌氧菌，主要为史氏甲烷短杆菌，其他还有拟杆菌和梭菌等菌属，可以使2个氢分子与1个碳原子结合生产甲烷[7-9]。因此，会有部分患者由于上述原因，在疾病时呼出气体中氢气的浓度没有变化，会出现假阴性结果。

3 结肠癌对氢气和甲烷的影响

流行病学调查中发现，近30年来在我国结肠癌的患病率和病死率呈上升趋势[10]。结肠癌患者由于肠道的梗阻，碳水化合物通过结肠的速度减慢，无氧酵解更加充分，会产生更加多的氢气和甲烷。肿瘤切除后，患者可能会从产甲烷者变为不产甲烷者[11]。部分肠道阻碍会促使肠道生态的改变，促进甲烷和氢气的生成[12]。结直肠癌患者大多喜食肉食，缺乏蔬菜、水果摄入，这可能导致肠道菌群的改变，主要表现为乳酸杆菌、双歧杆菌生长受到抑制，厌氧菌大量繁殖，可能产生更多的甲烷[13]。且甲烷本身可通过促进节段性（非传播）的收缩降低肠道血清素水平以延长结肠运输，这无论在肠易激综合征患者还是健康个体中都是存在的[14-16]，可进一步增加结肠癌患者氢气和甲烷的产生。且结肠癌患者往往有黏膜病变，会使结肠中产生的氢气和甲烷更多地吸收入血，通过肺呼出。

4 甲烷与结肠癌的关系

Haine等[17]发现，结肠癌高患病人群肠道中厌氧菌含量明显高于低患病率人群，呼出甲烷量是低患病率人群的2倍。在结肠癌患者中，结肠黏蛋白抗原（结肠上皮的主要分泌物）蛋白质/糖类的比值有所提高，为产甲烷菌的生长提供较好的环境[18]。因此，肿瘤诱导的连接位点的改变可促进产甲烷菌的定植。张丽冬等[19]研究结果发现大肠癌组患者甲烷呼气试验阳性率显著高于正常人组，甲烷的产生与患者年龄、性别无关。Newmark等[20]发现，结肠癌高危组患者的粪便pH值大于低危组，表明中性或弱碱的环境能促进产甲烷菌的生长和甲烷的产生。产甲烷菌主要分布在结肠中，并与粪便的黏稠度有关，左半结肠中粪便较硬，则产甲烷菌更占优势[21]。周波等[22]发现，降结肠和乙状结肠癌的患者呼出甲烷浓度比对照组、近端结肠癌患者和直肠癌患者高。Karlin等[23]发现未切除的降结肠和乙状结肠癌患者呼出的甲烷浓度比其他部位的结肠癌患者高2倍左右。较低的甲烷产量可能是右半结肠、直肠癌的特征性标志[24]。Hainces等[25]发现大肠癌患者与对照组相比呼出更多的甲烷。任何部位的结肠癌患者比结肠腺瘤患者呼出更多的甲烷[12]。Holm等[26]对结直肠癌术后5-氟尿嘧啶辅助化疗患者进行研究发现，肠道甲烷与此类患者胃肠道症状明显相关，甲烷阳性的患者腹泻减少，便秘增加。综上所述，呼出气体中甲烷的测定对结肠癌或其癌前状态监护，对结肠癌术后监测肿瘤是否复发，可能是一种非侵入性快速简便的方法。且甲烷的产生与肿瘤发生的部位、肿瘤性质相关。但也有部分学者认为，结直肠癌患者呼出甲烷量与健康人比并无统计学差异，甲烷的呼出量与结直肠癌息肉的多发性和位置并无关联，以此检测并不能作为普通人群癌前病变的筛查方法[27-28]。

5 氢气与结肠癌的关系

关于氢气与结肠癌关系的研究报道并不多见。有研究发现，直肠癌和结肠癌患者比对照组和腺瘤患者呼出氢气的浓度更高，且呼出气体中氢气和甲烷有很大的关联性[12]。甲烷与结肠癌有密切关系，由此可以推出氢呼气试验或许对结肠癌的诊断有一定的意义。梁素妨等[29]发现结肠癌患者比对照组氢气浓度明显升高，60%患者发生小肠细菌过度增殖。刘扬[30]对手术后结肠癌患者进行氢呼气试验，发现43例结肠癌患者中18例小肠细菌过度生长阳性（41.9%），显著高于健康对照组（6.7%），差异有统计学意义（P＜0.05）。而且小肠细菌过度生长阳性患者整体消化道症状积分高于小肠细菌过度生长阴性患者,差异亦有统计学意义（P＜0.05），治疗后症状明显改善。这说明结肠癌患者呼出氢气明显增高，且进一步说明结肠癌患者消化道症状与其小肠细菌过度增长有不可分割的关系，可进一步治疗小肠细菌过度生长结肠癌患者消化道症状。还有文献指出，消化道肿瘤如肝癌、结肠癌患者，免疫功能低下，肠黏膜屏障往往受到破坏，结肠内细菌可移位至小肠，引起小肠细菌过度增殖和胃肠动力障碍，这可能引起氢呼气试验阳性[31]。

6 小结

综上所述，氢呼气试验在结肠癌诊断中有一定的应用价值。但由于部分受试者消化道内可能不存在产氢气菌或产生的氢气被其体内的产甲烷菌或其它氢气消耗性细菌所消耗，会出现氢呼气试验假阴性，故同时进行氢呼气试验与甲烷呼气试验可提高诊断的灵敏度与特异度。