甲烷傳感器在甲烷和氫呼氣檢測技術(shù)中的應(yīng)用

甲烷和氫呼氣檢測是了解人體胃腸功能和代謝的一個(gè)重要無創(chuàng)檢查方法，也是了解由于腸道微生態(tài)變化所導(dǎo)致的疾病的一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的方法。

甲烷和氫呼氣檢測的原理

甲烷和氫呼氣檢測之所以可以用于臨床檢驗(yàn)的基本是基于以下幾個(gè)基本要素：

第一、人體的新陳代謝雖然可以產(chǎn)生氫離子，但是不產(chǎn)生分子狀態(tài)的氫氣和也不能產(chǎn)生甲烷氣體。我們呼出氣中的甲烷和氫氣全部來自于胃腸道的細(xì)菌在酵解碳水化合物過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。

第二、胃腸道產(chǎn)生甲烷和氫氣必須基于兩個(gè)最基本的條件，即胃腸道要有碳水化合和可以酵解碳水化合物的細(xì)菌，這兩個(gè)因素缺一不可。所以可以認(rèn)為甲烷和氫呼氣主要是反映與胃腸道細(xì)菌和胃腸道對碳水化合物消化吸收有關(guān)的疾病。

第三、正常情況下，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%的氣體可以通過腸粘膜屏障進(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。呼出氣中的甲烷和氫含量很低，在ppm水平。ppm是英文Parts Per Million的縮寫，稱百萬分率，表示百萬分之幾。在某些疾病情況時(shí)，腸粘膜的通透性變化，甲烷好氫通過率增加，有報(bào)導(dǎo)腸道甲烷和氫的通過率可以達(dá)到50%。

第四、正常情況下小腸內(nèi)的細(xì)菌非常少，所以在甲烷和氫呼氣曲線在小腸段呼出的量很少，當(dāng)小腸內(nèi)細(xì)菌增加時(shí)，臨床上稱為小腸細(xì)菌過度生長，在小腸段代謝產(chǎn)生的甲烷好氫就會增加，甲烷和氫呼氣曲線會明顯上升。

第五、某些腸道細(xì)菌可以利用氫，使2個(gè)氫分子與1個(gè)碳原子結(jié)合生產(chǎn)甲烷。不同的文獻(xiàn)報(bào)道，大約有15-35%的人群由于上述原因，在疾病時(shí)呼出氣中氫的濃度沒有變化，會出現(xiàn)假陰性結(jié)果。中國人大約有65%左右的人群沒有產(chǎn)甲烷的細(xì)菌，或只有很少產(chǎn)甲烷的細(xì)菌，其呼出其中或者沒有甲烷，或者只有很少量的甲烷。鑒于這兩個(gè)因素，現(xiàn)在臨床日益認(rèn)識到有必要同時(shí)測量呼出氣中的甲烷和氫，整合這兩個(gè)參數(shù)的變化以減少假陰性。

檢測呼氣中的甲烷和氫氣濃度可以采用進(jìn)口甲烷傳感器TGS6814，TGS6814是催化燃燒式的氣體傳感器,是TGS6812的升級版本。可以檢測100%LEL水平爆炸下限的甲烷氣體，亦可以檢測H2，此傳感器不但具有優(yōu)異的耐久性與快速響應(yīng)能力，與此同時(shí),線性輸出與輸出的高度穩(wěn)定性也是其主要特征。

同時(shí)，工采網(wǎng)提供檢測呼出氣中H2、NO、CO2的傳感器，氫氣傳感器H2-AF、一氧化氮傳感器(NO傳感器)NO-B4，紅外CO2傳感器模塊 - NG2-A-1.

氫氣傳感器H2-AF主要參數(shù) ：過載：5000ppm ，響應(yīng)時(shí)間：< 100s ，尺寸：Φ20.2×16.5 ，氫氣檢測范圍：0-2000ppm，靈敏度：12 to 18 nA/ppm氫氣傳感器H2-AF典型應(yīng)用：氫氣氣體變送器，各種氫氣檢測場合。

一氧化氮傳感器(NO傳感器)NO-B4來檢測呼出氣一氧化氮的含量。NO-B4是高分辨率的NO傳感器，7系大小，可以檢測15ppb的NO氣體，非常適合用于各種NO氣體監(jiān)測系統(tǒng)和儀器。

NG2-A-1是一種用于測量CO2、CO、CH4、HC和N2O 氣體濃度的創(chuàng)新型氣體傳感器，可自動溫度補(bǔ)償。它可以很方便地按客戶需求集成到現(xiàn)有的測量系統(tǒng)或監(jiān)測儀器中。它是一種智能傳感器，裝有具備無線傳輸，充電系統(tǒng)，能量回收和傳感器故障診斷功能的原裝芯片。

甲烷和氫呼氣可以檢查的項(xiàng)目

碳水化合物吸收不良：甲烷和氫呼氣試驗(yàn)可以檢測各種由于先天性或后天性糖類分解酶分泌不足造成的碳水化合物吸收不良。中國人常見的先天性糖類分解酶不足有乳糖酶缺乏導(dǎo)致的乳糖不耐受。不常見，但是傳統(tǒng)方法比較難以診斷的果糖酶缺乏導(dǎo)致的果糖不耐受、蔗糖酶缺乏導(dǎo)致的蔗糖不耐受等，以及山梨醇酶缺乏導(dǎo)致的山梨醇不耐受等。后天性糖類分解酶不足，多由于疾病導(dǎo)致。常見的有由于腹瀉導(dǎo)致的乳糖酶缺乏，慢性胰腺疾病導(dǎo)致的胰淀粉酶缺乏等。檢驗(yàn)時(shí)給受試者服用特定的糖（常用50g糖，兒童根據(jù)每kg體重1g計(jì)算），當(dāng)腸道缺乏相應(yīng)的酶時(shí)，小腸不能完全吸收這些糖，那些不能被吸收的糖進(jìn)入結(jié)腸后被細(xì)菌酵解產(chǎn)生甲烷和氫，由此可以判斷是否存在酶缺乏。對于由于慢性胰腺疾病導(dǎo)致的胰淀粉酶缺乏，可以服用100g淀粉或米粉，胰淀粉酶缺乏導(dǎo)致小腸不能完全吸收淀粉或米粉，在結(jié)腸段出現(xiàn)甲烷和氫呼氣高峰。

小腸細(xì)菌過度生長：正常人體小腸部分細(xì)菌很少，當(dāng)服用糖類后盡產(chǎn)生很少的甲烷和氫，基本在基線水平。當(dāng)小腸有細(xì)菌后，可以酵解糖產(chǎn)生甲烷和氫，當(dāng)氫呼氣值高于基線值12ppm，或者氫氣值加甲烷值高于基線值15ppm時(shí)表示小腸內(nèi)有高于正常數(shù)量的細(xì)菌，臨床上稱為小腸細(xì)菌過度生長（Small Intestinal Bacteria Overgrowth,簡稱SIBO,歐洲常用Small Bowel Bacteria Overgrowth,簡稱SBBO）。用甲烷和氫呼氣檢測小腸細(xì)菌過度生長，可以幫助了解腸道微生態(tài)的變化，在診斷和治療由于菌群移位和菌群失調(diào)導(dǎo)致的疾病方面提供有重要價(jià)值的幫助。國內(nèi)外有大量研究證明腸道菌群失調(diào)可以導(dǎo)致人體多個(gè)系統(tǒng)的病變。通過檢測小腸細(xì)菌過度生長可以打開了解包括糖尿病、心血管、肝臟等疾病的新思路。

口盲時(shí)間：即從糖入口到達(dá)盲腸的時(shí)間，又稱口盲傳輸時(shí)間（Orocecal Transit Time, OCTT），用以反映胃腸蠕動速度，檢測多種與胃腸傳輸速度有關(guān)的疾病，或者評估某些疾病狀態(tài)在胃腸傳輸?shù)墓δ?。常用的方法是在空腹情況下口服一定劑量的人體不能吸收的碳水化合物（臨床常用10-20g乳果糖），每間隔10-30分鐘檢測一次呼出氣中甲烷和氫氣的濃度，當(dāng)氫呼氣值高于基線值12ppm，或者氫氣值加甲烷值高于基線值15ppm時(shí)表示乳果糖進(jìn)入盲腸，從口服乳果糖到這個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間表示口盲傳輸時(shí)間。影響口盲時(shí)間的因素較多，不同底物和食物胃腸傳輸速度不一樣，還有鑒別小腸細(xì)菌過度生長。

胃酸分泌量：口服足夠劑量的金屬鎂后，它在胃內(nèi)可與鹽酸產(chǎn)生反應(yīng)而產(chǎn)生氫分子，經(jīng)胃粘膜彌散進(jìn)入血液循環(huán)通過呼氣排出。呼氣中氫的排出量與胃內(nèi)鹽酸的量呈正相關(guān)。因此，可以通過檢測呼出氣中氫的濃度幫助了解胃酸分泌功能。國內(nèi)外在正常人和胃十二指腸潰瘍的病人的研究，均證明用金屬鎂的方法與五肽胃泌素刺激試驗(yàn)和99mTc胃γ照相法比較都呈現(xiàn)高度的相關(guān)性。測量胃酸分泌對胃和十二指腸潰瘍，萎縮性胃炎和胃癌的治療提供有益的幫助。

產(chǎn)甲烷菌的分布：產(chǎn)甲烷菌是一種古老的厭氧菌，廣泛存在于反芻動物的胃，可以分解植物纖維產(chǎn)生能量。在大約三分之一的人群中也發(fā)現(xiàn)有兩種產(chǎn)甲烷菌存在。正常情況下，人體產(chǎn)甲烷菌主要存在于降結(jié)腸，病理情況下有可能會移位到胃腸道的其它部位。目前關(guān)于產(chǎn)甲烷菌對人體生理和病理的機(jī)制還不十分清楚，有研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)甲烷菌與肥胖、便秘和結(jié)腸癌存在高度的相關(guān)性。通過測量呼出氣中甲烷濃度有助于我們更多地了解腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的疾病。

審核編輯 黃昊宇