腸道氣體代謝的核心是氫氣，過經驗分享篇

重點掌握

腸道內最常見的氣體有5種，氮氣、氧氣、二氧化碳、氫氣和甲烷。氫氣和甲烷只來自細菌發酵產生。

每天腸道內氣體總量一般小于200毫升。

大腸細菌產生氫氣的能力個體差異很大，個人產量主要決定于兩個因素，一是需要有難消化的碳水化合物，另一個是酸度不要太強。增加氫氣產量可以通過調節飲食，也可吃點硫酸鎂堿化腸道。人體細菌產生的氫氣不能無限增加，產量多吸收率會下降。
 

全面了解腸道內氣體產生、轉化和釋放的生理機制，不僅是充分掌握消化功能和疾病病理生理學的重要前提，也是氫氣生物醫學領域需要重點掌握的知識。

未被小腸吸收的能量物質一旦進入大腸，會被腸道細菌作為營養利用，其中產氫菌能迅速產生氫氣，氫氣可以被另外一些細菌如產甲烷菌、乙酸菌等利用變成其他成分。氫氣在腸道發酵中具有能量樞紐的地位，是大部分細菌之間能量轉化的重要物質載體。因此，氫氣是腸道菌群實現功能的重要分子基礎。

腸道氣體代謝受到多種因素影響，目前對這些機制仍然缺乏充分理解。研究表明，人類腸道內氣體體積小于200毫升。腸道內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，分別是氮氣、氧氣、二氧化碳、氫氣和甲烷，其他成分總量不足1%。腸道氣體有4個來源，吞咽空氣、腸道內細菌代謝、腸道內化學反應和血液內氣體擴散。細菌代謝不僅會產生氣體，也會消耗氣體。血液內氣體擴散也是雙向作用，一方面吸收腸道內氣體，另一方面會向腸道內釋放氣體。氣體代謝受腸道蠕動的影響巨大，腸道內氣體可以通過打嗝、放屁、細菌消耗、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，如氣體產生、利用、排泄等。為理解腸道氣體功能，很有必要梳理腸道內氣體生理學特征，尤其是氣體產生量、消耗量和腸道氣體穩態調節機制。

人體腸道氣體產量的測定有不同方法。1956 年，Bedell等采用經典的測定肺體積的方法對人體胃腸道氣體進行測試，發現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研究上述研究結果，這種方法用肛門內氣體成分中氬氣比例來反推腸道內氣體含量。結果發現，胃腸道平均氣體體積為100毫升，個體差異比較大，31到200毫升不等。胃腸道內氣體體積存在很大個體差異，氣體成分在胃腸道不同部位和個體之間也有非常大區別。胃內氣體和空氣最接近，而屁的成分就個體差異很大，往往和整個消化道代謝過程有關。

99%的腸道氣體成分是5種氣體，分別為氮氣、氧氣、二氧化碳、氫氣和甲烷。氮氣從11-92%，氧氣從0-11%，二氧化碳3-54%，氫氣0-86%，甲烷0-56%。氮氣和氧氣是空氣的成分，二氧化碳是人體內最多的氣體，氫氣和甲烷則是腸道內細菌代謝產生的氣體。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)、揮發性胺和短鏈脂肪酸。人們曾經長期認為腸胃脹氣的主要芳香族氨基酸分解的惡臭味產物如吲哚、糞臭素。其實這是一種錯誤看法，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過程中的作用。
 

二、腸道氣體來源

胃腸道氣體有三個來源，分別是口腔吞咽的空氣、腸道內產生和腸道黏膜血管內彌散。腸道內產生有化學反應和細菌代謝兩個方式。

進入胃內的空氣，有的直接被吞咽，也有來自包裹在食物內空氣。吞咽到胃內大部分空氣通過打嗝排出，小部分隨著食物進入小腸，人體處于仰臥位時打嗝相對困難，胃內氣體更容易進入小腸。(所以，喝完氫水為避免打嗝漏氣，最好平臥一會兒，你懂的)。

圖 站位和仰臥位時胃的狀態。

站著氣體容易從食管出，臥位則容易下去到腸道內。
 

胃腸道產生的氣體主要包括二氧化碳、氫氣和甲烷。在小腸內，二氧化碳主要來自氫離子和碳酸氫根反應，這個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，所以對腸道內氣體貢獻比較小。盡管如此，在屁的成分中高水平二氧化碳經常出現，且往往同時伴有高濃度氫氣?？赡艿脑蚴?，與氫氣和甲烷類似，胃腸道內部分二氧化碳也來自細菌發酵。在無菌大鼠和剛出生12小時內的新生兒都沒有氫氣和甲烷，說明哺乳動物細胞不能產生氫氣和甲烷，只有細菌發酵產生。正常人在禁食過程氫氣產量下降，攝取發酵或不易消化食物，主要是碳水化合物，腸道細菌會產生更多氫氣。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成分，進入大腸內可以被細菌發酵產生氣體。當小腸出現疾病時，碳水化合物吸收障礙會造成額外營養成分進入大腸導致腸道發酵。腸道細菌發酵會產生二氧化碳、氫氣和甲烷，也能產生有機酸如乳酸和短鏈脂肪酸。如果這些氣體沒有被細菌再利用，可被腸黏膜吸收進入血液循環，或通過肛門伴隨糞便或單獨排出，進入血液的氣體大部分經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

腸道內氫氣可被快速吸收進入血液，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。過去認為，氫氣幾乎全部都會被肺清除，因此呼吸氫氣釋放速率和腸道內氫氣吸收速度幾乎等價。最近研究認為，氫氣可以被動物細胞代謝利用，氫氣也可以通過皮膚釋放，所以不應該簡單認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%的腸道氫氣經過肺排除，因此可以用呼吸氣氫濃度作為腸道細菌產氫氣的指標。

蛋白質吸收不良也能作為細菌發酵的底物，不過氣體產生量小于碳水化合物。健康個體高熱量飲食，十二指腸負載氨基酸和脂肪能導致腸道產氣增加。不過葡萄糖不會造成氣體增加，可能是額外高血糖會加速氣體清除。Harder等發現，低能量飲食不會導致腸道氣體增加，高能量飲食可導致腸道內氣體增加，但是并不會出現腹部和直腸不同感覺，這可能是胃腸道能對腸道內氣體等局部刺激不敏感造成。
 

四、影響腸道氣體代謝的因素

影響腸道氫氣產生的因素很多。酸堿度是腸道內氫氣產生的重要影響因素，當結腸pH越低或酸性越大，氫氣產生越少?？诜楣强梢允勾蠖鄶等撕粑鼩鈿錃鉂舛仍黾?，但大約5%的個體口服乳果糖不產生氫氣，研究發現這部分人是因為結腸內酸性過度，同時服用硫酸鎂可以堿化結腸，能恢復這部分人結腸產氫能力。大腸內氫氣消耗的途徑有兩條，一是產甲烷菌合成甲烷，另一個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生乙酸。大約30%的成年人體內定居大量產甲烷菌屬于產甲烷者，產甲烷菌主要分布在左側結腸，可以消耗大量氫氣產生甲烷。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等發現，人類大便內消耗氫氣最多的微生物是產甲烷菌。一般情況下硫酸鹽還原菌分布在整個大腸，但產甲烷者腸道內該類菌只局限于右側。同年，Christl發現，如果存在硫酸鹽還原菌，腸道甲烷產生可受食物中硫酸鹽調節。攝取硫酸鹽能讓硫酸鹽還原菌生長，抑制產甲烷菌生長。當兩種菌共存時，食物內含硫化合物如面包內二氧化硫，酒類如啤酒、葡萄酒、蘋果酒內往往含有豐富的硫酸鹽。

氫氣消耗過程受到腸道環境因素影響，例如一些還原性物質如胱氨酸或酸堿度，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增加氫氣水平。有學者認為是氫氣被消耗過多，而不是氫氣產生不足。Strocchi等的研究發現，少氫者腸道產甲烷菌的數量和活性都高，糞便內氫氣張力高可能是氫氣消耗增加的原因。出生早期環境因素可能是影響腸道菌種類的重要原因，但后期生活習慣的適應性影響也十分重要。Gibson等發現，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雙歧桿菌成為優勢細菌。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?)。當腸道運動受損攪拌效率下降，可使氫氣從溶解狀態變成氣體狀態，這可增加氫氣張力。氫氣張力提高，氫氣消耗增加?？股啬苡绊懩c道菌，瀉藥也能造成腸道酸化和發酵受抑制，這也能導致氫氣產生下降，使正常人變成低氫者。正常情況下，氫氣只由結腸內細菌產生，如果存在小腸細菌過度生長，小腸內細菌也能產生氫氣。

考慮到擴散因素，腸道內氣體會沿著氣體分壓梯度，從腸黏膜到血液擴散，擴散量也受到氣體擴散性和腸血液屏障的影響。氫氣和甲烷只從腸道向血液擴散，因為腸道內兩種氣體分壓高于血液。因此，腸道內氫氣總體積是氫氣產量、氫氣消耗量和氫氣擴散入血液三種因素的總體結果。

二氧化碳、氮氣和氧氣的直接運動變化非常大。尤其是氧氣，來自吞咽的空氣，可以被胃黏膜吸收進入血液，因為空氣氧分壓比血液高許多，但大腸內氧分壓低于血液，血液內氧氣可擴散進入大腸內?？諝庵卸趸己苌?，但是在十二指腸二氧化碳會迅速增加，主要來自碳酸氫根和氫離子的反應。二氧化碳的擴散能力強，可以快速擴散到血液。氮氣的擴散能力比較低，相對難以被胃黏膜吸收。(其實不是氮氣吸收難，是因為身體內氮氣的分壓比較高，接近空氣內的分壓，擴散需要的濃度梯度比較小)。

在大腸內，隨著二氧化碳、氫氣和甲烷的增加，氮氣分壓相對下降，血液內氮氣可擴散到腸道內。腸道內氣體的輸送方向似乎不是被動的，而是主動從上推到下。刺激和抑制反射能影響腸道氣體的運輸。例如仰臥位或營養物質能延遲氣體運輸，對胃腸道的機械刺激能加快氣體運輸。

腸道內氣體的排除包括打嗝、吸收、細菌消耗和肛門排泄。Tomlin等研究發現，健康人普通飲食24小時腸道排出氣體總體積胃476-1491毫升，但存在明顯個體差異。氣體總體積貢獻最主要的是細菌發酵產生的氫氣和二氧化碳。有意思的是，無纖維素無多糖飲食剝奪細菌營養物質來源可以顯著降低發酵產生的腸道氣體。

總之，腸道氣體代謝是一個復雜而有趣的問題。進一步研究和分析這一現象對理解腸道生理十分必要，也有利于準確解釋某些和腸道氣體相關的疾病表現。

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