每天腸道內(nèi)氣體總量一般小于200毫升。
大腸細(xì)菌產(chǎn)生氫氣的能力個(gè)體差異很大，個(gè)人產(chǎn)量主要決定于兩個(gè)因素，一是需要有難消化的碳水化合物，另一個(gè)是酸度不要太強(qiáng)。增加氫氣產(chǎn)量可以通過調(diào)節(jié)飲食，也可吃點(diǎn)硫酸鎂堿化腸道。人體細(xì)菌產(chǎn)生的氫氣不能無限增加，產(chǎn)量多吸收率會(huì)下降。
全面了解腸道內(nèi)氣體產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化和釋放的生理機(jī)制，不僅是充分掌握消化功能和疾病病理生理學(xué)的重要前提，也是氫氣生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域需要重點(diǎn)掌握的知識(shí)。
未被小腸吸收的能量物質(zhì)一旦進(jìn)入大腸，會(huì)被腸道細(xì)菌作為營養(yǎng)利用，其中產(chǎn)氫菌能迅速產(chǎn)生氫氣，氫氣可以被另外一些細(xì)菌如產(chǎn)甲烷菌、乙酸菌等利用變成其他成分。氫氣在腸道發(fā)酵中具有能量樞紐的地位，是大部分細(xì)菌之間能量轉(zhuǎn)化的重要物質(zhì)載體。因此，氫氣是腸道菌群實(shí)現(xiàn)功能的重要分子基礎(chǔ)。
腸道氣體代謝受到多種因素影響，目前對(duì)這些機(jī)制仍然缺乏充分理解。研究表明，人類腸道內(nèi)氣體體積小于200毫升。腸道內(nèi)氣體成分也隨著部位變化而不同。腸道氣體99%是由5種主要成分組成，分別是氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、氫氣和甲烷，其他成分總量不?%。腸道氣體有4個(gè)來源，吞咽空氣、腸道內(nèi)細(xì)菌代謝、腸道內(nèi)化學(xué)反應(yīng)和血液內(nèi)氣體擴(kuò)散。細(xì)菌代謝不僅會(huì)產(chǎn)生氣體，也會(huì)消耗氣體。血液內(nèi)氣體擴(kuò)散也是雙向作用，一方面吸收腸道內(nèi)氣體，另一方面會(huì)向腸道內(nèi)釋放氣體。氣體代謝受腸道蠕動(dòng)的影響巨大，腸道內(nèi)氣體可以通過打嗝、放屁、細(xì)菌消耗、黏膜吸收等途徑消耗。
一、腸道氣體成分和含量
腸道氣體代謝涉及多種過程，如氣體產(chǎn)生、利用、排泄等。為理解腸道氣體功能，很有必要梳理腸道內(nèi)氣體生理學(xué)特征，尤其是氣體產(chǎn)生量、消耗量和腸道氣體穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制。
人體腸道氣體產(chǎn)量的測定有不同方法。1956 年，Bedell等采用經(jīng)典的測定肺體積的方法對(duì)人體胃腸道氣體進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)正常人平均胃腸道氣體為115毫升。Greenwald等利用低壓氣體膨脹原理計(jì)算出胃腸道氣體為111毫升。Levitt則使用空腸注入氬氣的腸沖洗技術(shù)研究上述研究結(jié)果，這種方法用肛門內(nèi)氣體成分中氬氣比例來反推腸道內(nèi)氣體含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，胃腸道平均氣體體積為100毫升，個(gè)體差異比較大，31到200毫升不等。胃腸道內(nèi)氣體體積存在很大個(gè)體差異，氣體成分在胃腸道不同部位和個(gè)體之間也有非常大區(qū)別。胃內(nèi)氣體和空氣最接近，而屁的成分就個(gè)體差異很大，往往和整個(gè)消化道代謝過程有關(guān)。
99%的腸道氣體成分是5種氣體，分別為氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、氫氣和甲烷。氮?dú)鈴?1-92%，氧氣從0-11%，二氧化碳3-54%，氫氣0-86%，甲烷0-56%。氮?dú)夂脱鯕馐强諝獾某煞郑趸际侨梭w內(nèi)最多的氣體，氫氣和甲烷則是腸道內(nèi)細(xì)菌代謝產(chǎn)生的氣體。其他不足1%氣體成分包括氨、硫化氫、吲哚、3-甲基吲哚（糞臭素）、揮發(fā)性胺和短鏈脂肪酸。人們曾經(jīng)長期認(rèn)為腸胃脹氣的主要芳香族氨基酸分解的惡臭味產(chǎn)物如吲哚、糞臭素。其實(shí)這是一種錯(cuò)誤看法，許多含硫化合物如硫化氫、二甲基硫化物和甲硫醇才是屁臭的主要原因。在78%的樣品中，硫化氫是含硫氣體的最常見成分，一般也是強(qiáng)烈臭味的原因。一般在呼吸氣中檢測不到含硫化合物。目前也缺少含硫化合物在胃腸道病理生理學(xué)過程中的作用。
二、腸道氣體來源
胃腸道氣體有三個(gè)來源，分別是口腔吞咽的空氣、腸道內(nèi)產(chǎn)生和腸道黏膜血管內(nèi)彌散。腸道內(nèi)產(chǎn)生有化學(xué)反應(yīng)和細(xì)菌代謝兩個(gè)方式。
進(jìn)入胃內(nèi)的空氣，有的直接被吞咽，也有來自包裹在食物內(nèi)空氣。吞咽到胃內(nèi)大部分空氣通過打嗝排出，小部分隨著食物進(jìn)入小腸，人體處于仰臥位時(shí)打嗝相對(duì)困難，胃內(nèi)氣體更容易進(jìn)入小腸。（所以，喝完氫水為避免打嗝漏氣，最好平臥一會(huì)兒，你懂的）。
圖 站位和仰臥位時(shí)胃的狀態(tài)。
站著氣體容易從食管出，臥位則容易下去到腸道內(nèi)。
胃腸道產(chǎn)生的氣體主要包括二氧化碳、氫氣和甲烷。在小腸內(nèi)，二氧化碳主要來自氫離子和碳酸氫根反應(yīng)，這個(gè)過程受碳酸酐酶催化。在上消化道，二氧化碳可被腸黏膜快速吸收，且二氧化碳的在水中溶解度很高，所以對(duì)腸道內(nèi)氣體貢獻(xiàn)比較小。盡管如此，在屁的成分中高水平二氧化碳經(jīng)常出現(xiàn)，且往往同時(shí)伴有高濃度氫氣?？赡艿脑蚴?，與氫氣和甲烷類似，胃腸道內(nèi)部分二氧化碳也來自細(xì)菌發(fā)酵。在無菌大鼠和剛出生12小時(shí)內(nèi)的新生兒都沒有氫氣和甲烷，說明哺乳動(dòng)物細(xì)胞不能產(chǎn)生氫氣和甲烷，只有細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生。正常人在禁食過程氫氣產(chǎn)量下降，攝取發(fā)酵或不易消化食物，主要是碳水化合物，腸道細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生更多氫氣。健康人吃某些水果和豆類蔬菜，或含有低聚糖的小麥、燕麥、土豆和玉米面粉，這些食物中含有小腸難以消化的營養(yǎng)成分，進(jìn)入大腸內(nèi)可以被細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生氣體。當(dāng)小腸出現(xiàn)疾病時(shí)，碳水化合物吸收障礙會(huì)造成額外營養(yǎng)成分進(jìn)入大腸導(dǎo)致腸道發(fā)酵。腸道細(xì)菌發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、氫氣和甲烷，也能產(chǎn)生有機(jī)酸如乳酸和短鏈脂肪酸。如果這些氣體沒有被細(xì)菌再利用，可被腸黏膜吸收進(jìn)入血液循環(huán)，或通過肛門伴隨糞便或單獨(dú)排出，進(jìn)入血液的氣體大部分經(jīng)過呼吸道釋放到體外，也有部分被身體代謝消耗。
三、腸道氣體的去向
腸道內(nèi)氫氣可被快速吸收進(jìn)入血液，通過肺釋放到體外。檢測呼吸氣體中氫氣含量能作為碳水化合物消化吸收不良的判定指標(biāo)。過去認(rèn)為，氫氣幾乎全部都會(huì)被肺清除，因此呼吸氫氣釋放速率和腸道內(nèi)氫氣吸收速度幾乎等價(jià)。最近研究認(rèn)為，氫氣可以被動(dòng)物細(xì)胞代謝利用，氫氣也可以通過皮膚釋放，所以不應(yīng)該簡單認(rèn)為呼吸氣體釋放的氫氣完全等同于腸道吸收的氫氣。大約14-20%的腸道氫氣經(jīng)過肺排除，因此可以用呼吸氣氫濃度作為腸道細(xì)菌產(chǎn)氫氣的指標(biāo)。
蛋白質(zhì)吸收不良也能作為細(xì)菌發(fā)酵的底物，不過氣體產(chǎn)生量小于碳水化合物。健康個(gè)體高熱量飲食，十二指腸負(fù)載氨基酸和脂肪能導(dǎo)致腸道產(chǎn)氣增加。不過葡萄糖不會(huì)造成氣體增加，可能是額外高血糖會(huì)加速氣體清除。Harder等發(fā)現(xiàn)，低能量飲食不會(huì)導(dǎo)致腸道氣體增加，高能量飲食可導(dǎo)致腸道內(nèi)氣體增加，但是并不會(huì)出現(xiàn)腹部和直腸不同感覺，這可能是胃腸道能對(duì)腸道內(nèi)氣體等局部刺激不敏感造成。
四、影響腸道氣體代謝的因素
影響腸道氫氣產(chǎn)生的因素很多。酸堿度是腸道內(nèi)氫氣產(chǎn)生的重要影響因素，當(dāng)結(jié)腸pH越低或酸性越大，氫氣產(chǎn)生越少?？诜楣强梢允勾蠖鄶?shù)人呼吸氣氫氣濃度增加，但大約5%的個(gè)體口服乳果糖不產(chǎn)生氫氣，研究發(fā)現(xiàn)這部分人是因?yàn)榻Y(jié)腸內(nèi)酸性過度，同時(shí)服用硫酸鎂可以堿化結(jié)腸，能恢復(fù)這部分人結(jié)腸產(chǎn)氫能力。大腸內(nèi)氫氣消耗的途徑有兩條，一是產(chǎn)甲烷菌合成甲烷，另一個(gè)是硫酸鹽還原菌合成硫化氫。也有一些次要路徑，如乙酸菌還原二氧化碳產(chǎn)生乙酸。大約30%的成年人體內(nèi)定居大量產(chǎn)甲烷菌屬于產(chǎn)甲烷者，產(chǎn)甲烷菌主要分布在左側(cè)結(jié)腸，可以消耗大量氫氣產(chǎn)生甲烷。制造1分子甲烷需要4分子氫氣和1分子二氧化碳，這樣可以把腸道內(nèi)氣體總量降低80%，是削減腸道氣體總量的理想代謝方式。1992年，Strocchi等發(fā)現(xiàn)，人類大便內(nèi)消耗氫氣最多的微生物是產(chǎn)甲烷菌。一般情況下硫酸鹽還原菌分布在整個(gè)大腸，但產(chǎn)甲烷者腸道內(nèi)該類菌只局限于右側(cè)。同年，Christl發(fā)現(xiàn)，如果存在硫酸鹽還原菌，腸道甲烷產(chǎn)生可受食物中硫酸鹽調(diào)節(jié)。攝取硫酸鹽能讓硫酸鹽還原菌生長，抑制產(chǎn)甲烷菌生長。當(dāng)兩種菌共存時(shí)，食物內(nèi)含硫化合物如面包內(nèi)二氧化硫，酒類如啤酒、葡萄酒、蘋果酒內(nèi)往往含有豐富的硫酸鹽。
氫氣消耗過程受到腸道環(huán)境因素影響，例如一些還原性物質(zhì)如胱氨酸或酸堿度，如硫酸鹽還原菌最佳pH是7.5，甲烷菌是7.0，乙酸菌是6.5。
一些個(gè)體被成為少氫者（low hydrogen excretors），這些人服用不消化吸收的糖也不會(huì)增加氫氣水平。有學(xué)者認(rèn)為是氫氣被消耗過多，而不是氫氣產(chǎn)生不足。Strocchi等的研究發(fā)現(xiàn)，少氫者腸道產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量和活性都高，糞便內(nèi)氫氣張力高可能是氫氣消耗增加的原因。出生早期環(huán)境因素可能是影響腸道菌種類的重要原因，但后期生活習(xí)慣的適應(yīng)性影響也十分重要。Gibson等發(fā)現(xiàn)，服用兩種難消化碳水化合物低聚果糖和菊粉可以使腸道內(nèi)雙歧桿菌成為優(yōu)勢細(xì)菌。服用阿卡波糖能顯著增加呼吸氣中氫氣水平、大便濕重、大便排氮和脂肪。
氫氣的消耗率依賴于腸道內(nèi)氫氣的張力，張力越高消耗速度越快，（難道腸黏膜吸收的速度不是隨著張力增加而增加？）。當(dāng)腸道運(yùn)動(dòng)受損攪拌效率下降，可使氫氣從溶解狀態(tài)變成氣體狀態(tài)，這可增加氫氣張力。氫氣張力提高，氫氣消耗增加。抗生素能影響腸道菌，瀉藥也能造成腸道酸化和發(fā)酵受抑制，這也能導(dǎo)致氫氣產(chǎn)生下降，使正常人變成低氫者。正常情況下，氫氣只由結(jié)腸內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生，如果存在小腸細(xì)菌過度生長，小腸內(nèi)細(xì)菌也能產(chǎn)生氫氣。
考慮到擴(kuò)散因素，腸道內(nèi)氣體會(huì)沿著氣體分壓梯度，從腸黏膜到血液擴(kuò)散，擴(kuò)散量也受到氣體擴(kuò)散性和腸血液屏障的影響。氫氣和甲烷只從腸道向血液擴(kuò)散，因?yàn)槟c道內(nèi)兩種氣體分壓高于血液。因此，腸道內(nèi)氫氣總體積是氫氣產(chǎn)量、氫氣消耗量和氫氣擴(kuò)散入血液三種因素的總體結(jié)果。
二氧化碳、氮?dú)夂脱鯕獾闹苯舆\(yùn)動(dòng)變化非常大。尤其是氧氣，來自吞咽的空氣，可以被胃黏膜吸收進(jìn)入血液，因?yàn)榭諝庋醴謮罕妊焊咴S多，但大腸內(nèi)氧分壓低于血液，血液內(nèi)氧氣可擴(kuò)散進(jìn)入大腸內(nèi)。空氣中二氧化碳很少，但是在十二指腸二氧化碳會(huì)迅速增加，主要來自碳酸氫根和氫離子的反應(yīng)。二氧化碳的擴(kuò)散能力強(qiáng)，可以快速擴(kuò)散到血液。氮?dú)獾臄U(kuò)散能力比較低，相對(duì)難以被胃黏膜吸收。（其實(shí)不是氮?dú)馕针y，是因?yàn)樯眢w內(nèi)氮?dú)獾姆謮罕容^高，接近空氣內(nèi)的分壓，擴(kuò)散需要的濃度梯度比較?。?/p>
在大腸內(nèi)，隨著二氧化碳、氫氣和甲烷的增加，氮?dú)夥謮合鄬?duì)下降，血液內(nèi)氮?dú)饪蓴U(kuò)散到腸道內(nèi)。腸道內(nèi)氣體的輸送方向似乎不是被動(dòng)的，而是主動(dòng)從上推到下。刺激和抑制反射能影響腸道氣體的運(yùn)輸。例如仰臥位或營養(yǎng)物質(zhì)能延遲氣體運(yùn)輸，對(duì)胃腸道的機(jī)械刺激能加快氣體運(yùn)輸。
腸道內(nèi)氣體的排除包括打嗝、吸收、細(xì)菌消耗和肛門排泄。Tomlin等研究發(fā)現(xiàn)，健康人普通飲食24小時(shí)腸道排出氣體總體積胃476-1491毫升，但存在明顯個(gè)體差異。氣體總體積貢獻(xiàn)最主要的是細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的氫氣和二氧化碳。有意思的是，無纖維素?zé)o多糖飲食剝奪細(xì)菌營養(yǎng)物質(zhì)來源可以顯著降低發(fā)酵產(chǎn)生的腸道氣體。
總之，腸道氣體代謝是一個(gè)復(fù)雜而有趣的問題。進(jìn)一步研究和分析這一現(xiàn)象對(duì)理解腸道生理十分必要，也有利于準(zhǔn)確解釋某些和腸道氣體相關(guān)的疾病表現(xiàn)。
氫力泉吸氫機(jī)采用SPE方式電解技術(shù)核心是，并采用美國杜邦117膜，鉑金鍍層?？蓪?shí)現(xiàn)99.99%以上的氫氣純度。并獲得歐盟CE國際認(rèn)證書及吸氫機(jī)的純度、流量的數(shù)據(jù)檢測報(bào)告，保證吸氫機(jī)輸出氫氣純度高、壓力穩(wěn)定、持續(xù)。
