呼氣試驗(yàn)在炎癥性腸病診治中的應(yīng)用

陳堅(jiān) 邱志兵 張會(huì)祿 羅忠光 湯子慧 楊冬琴

摘 要 炎癥性腸病是一類病因和發(fā)病機(jī)制均尚未十分明了的腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群紊亂在炎癥性腸病的發(fā)病過(guò)程中起著重要作用，是炎癥性腸病發(fā)病的始動(dòng)和持續(xù)因素。小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)在炎癥性腸病患者中較為常見(jiàn)。本文概要介紹檢測(cè)小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)的乳果糖呼氣試驗(yàn)和評(píng)估腸道慢性炎癥程度的呼氣中一氧化氮豐度檢測(cè)在炎癥性腸病診治中的應(yīng)用與臨床意義。

關(guān)鍵詞 炎癥性腸病 潰瘍性結(jié)腸炎 克羅恩病 小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng) 乳果糖呼氣試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：R574； R443.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1533（2019）15-0016-05

The application of breath test in diagnosis and treatment of inflammatory bowel disease

CHEN Jian*， QIU Zhibing， ZHANG Huilu， LUO Zhongguang， TANG Zihui， YANG Dongqin（Department of Digestive Disease， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）

ABSTRACT Inflammatory bowel disease （IBD） is composed of Crohns disease and ulcerative colitis. The incidence and prevalence of IBD in our country are continuously increasing while the etiology is still unclear. Recent studies have indicated microbiota dysbiosis played important roles in IBD while small intestinal bacterial overgrowth （SIBO） is common in IBD patients. This review summarizes the prevalence of SIBO in IBD and its relationships between exhaled nitric oxide and systemic chronic inflammation of the intestine. Meanwhile， the application and clinical significance of breath test and nitric oxide breath analysis in the diagnosis and treatment of IBD are also reviewed.

KEy WORDS inflammatory bowel disease； ulcerative colitis； Crohns disease； small intestinal bacterial overgrowth； lactulose breath test

炎癥性腸病是一類病因和發(fā)病機(jī)制均尚未十分明了的腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病。炎癥性腸病在西方國(guó)家較為常見(jiàn)，其中歐洲地區(qū)的潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病年發(fā)病率分別為24.3例/10萬(wàn)人和12.7例/10萬(wàn)人，最高患病率分別達(dá)505例/10萬(wàn)人（挪威）和322例/10萬(wàn)人（德國(guó)）[1]。我國(guó)的炎癥性腸病發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。我國(guó)炎癥性腸病協(xié)作組根據(jù)住院患者粗略推算，目前我國(guó)的潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病患病率約分別為11.6例/10萬(wàn)人和1.4例/10萬(wàn)人[2]。

炎癥性腸病的發(fā)病機(jī)制涉及遺傳易感性、免疫異常、環(huán)境因素和腸道菌群組成改變等多個(gè)方面。免疫缺陷炎癥性腸病動(dòng)物模型在腸道無(wú)菌狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生腸道炎癥，恢復(fù)腸道菌群后則可出現(xiàn)腸道炎癥[3]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，炎癥性腸病患者的炎性病變通常優(yōu)先發(fā)生于細(xì)菌含量較高的腸段[4]。這些均表明，腸道菌群的存在是炎癥性腸病發(fā)病的必要條件。此前研究已證實(shí)，克羅恩病患者體內(nèi)胞漿蛋白NOD2和自噬相關(guān)蛋白ATG16L1的基因的突變會(huì)誘發(fā)腸道炎癥[5]。但同卵雙胞胎的炎癥性腸病的發(fā)病一致性只有40% ～ 50%，說(shuō)明遺傳易感性對(duì)炎癥性腸病發(fā)病的影響不超過(guò)50%，遺傳和環(huán)境因素的交互作用對(duì)炎癥性腸病的發(fā)病具有更重要的影響[5]。腸道微生物可通過(guò)影響腸道微環(huán)境調(diào)節(jié)宿主的免疫狀態(tài)，在炎癥性腸病的發(fā)病過(guò)程中起著重要的作用。

1 炎癥性腸病患者的腸道菌群變化

炎癥性腸病患者糞便和腸道中的菌群組成與健康人群顯著不同。在健康人群中，腸道菌群的生物多樣性程度較高，原籍菌和共生菌占90%以上；而在炎癥性腸病患者中，腸道菌群的生物多樣性程度降低，且病原菌的占比增高，幾乎占了30%[6]。炎癥性腸病患者處于腸道微生態(tài)失衡（microbiota dysbiosis）狀態(tài)，即有害菌增多、有益菌減少，細(xì)菌的多樣性減少，其中尤以克羅恩病患者表現(xiàn)更甚[7]。

1.1 潰瘍性結(jié)腸炎患者的腸道菌群變化

Verma等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，潰瘍性結(jié)腸炎患者腸黏膜上的擬桿菌屬和瘤胃球菌數(shù)量明顯減少，而放線菌屬數(shù)量卻明顯增多。潰瘍性結(jié)腸炎患者腸道中的彎曲桿菌屬數(shù)量也明顯增多，并與疾病活動(dòng)度呈正相關(guān)性；同時(shí)，兩種非優(yōu)勢(shì)菌群產(chǎn)甲烷菌屬中的甲烷短桿菌和脫硫弧菌屬中的硫酸鹽還原菌數(shù)量也明顯增多。Fite等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，在潰瘍性結(jié)腸炎患者的腸黏膜活檢樣本中100%存在硫酸鹽還原菌。硫酸鹽還原菌可在大腸中將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物，后者對(duì)結(jié)腸上皮有細(xì)胞毒作用。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照動(dòng)物相比，潰瘍性結(jié)腸炎活動(dòng)期動(dòng)物腸道中的腸桿菌和腸球菌數(shù)量增多，尤以腸球菌數(shù)量增多更為明顯，而真桿菌、擬桿菌和消化鏈球菌數(shù)量明顯減少，雙歧桿菌數(shù)量減少最為突出。在潰瘍性結(jié)腸炎患者糞便中還發(fā)現(xiàn)有黏附性和侵襲性的大腸埃希菌。Ohkusa等[10]從潰瘍性結(jié)腸炎患者的結(jié)腸黏膜中分離出變形梭狀桿菌，培養(yǎng)后用含有該菌的上清液給小鼠灌腸，24 h后發(fā)現(xiàn)小鼠結(jié)腸出現(xiàn)了黏膜下潰瘍、炎性細(xì)胞聚集及凋亡等炎癥表現(xiàn)。

1.2 克羅恩病患者的腸道菌群變化

已有研究發(fā)現(xiàn)，克羅恩病患者的腸道菌群變化具有自己的特點(diǎn)：在克羅恩病患者的腸黏膜炎癥區(qū)，鏈球菌屬占主導(dǎo)地位（占所有細(xì)菌數(shù)量的80%）；而在潰瘍性結(jié)腸炎患者的病變黏膜中，乳酸桿菌屬占主導(dǎo)地位（占所有細(xì)菌數(shù)量的90%）[11]。Verma等[8]的研究也發(fā)現(xiàn)，克羅恩病患者糞便中的乳酸桿菌、雙歧桿菌、柔嫩梭菌、彎曲桿菌、擬桿菌和瘤胃球菌數(shù)量明顯減少，而革蘭陽(yáng)性菌中的真細(xì)菌屬和消化鏈球菌屬數(shù)量增多，兩種非優(yōu)勢(shì)菌群甲烷短桿菌和硫酸鹽還原菌數(shù)量也有所增多。另有研究發(fā)現(xiàn)，克羅恩病患者糞便中的侵襲性大腸埃希菌數(shù)量增多，該菌可侵入腸上皮和巨噬細(xì)胞，促進(jìn)白細(xì)胞介素-8和α-腫瘤壞死因子的分泌，導(dǎo)致發(fā)生腸道炎癥并促進(jìn)腸肉芽腫形成[12]。

2 炎癥性腸病患者小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)（small intestinal bacterial overgrowth， SIBO）的診斷及發(fā)生率

2.1 SIBO診斷

SIBO系由遠(yuǎn)端腸道內(nèi)的細(xì)菌因各種原因移位進(jìn)入小腸所致，主要表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)吸收不良、腹瀉、腹脹和小腸動(dòng)力異常等，通常以小腸液細(xì)菌培養(yǎng)的菌落計(jì)數(shù)>1×105 CFU/ml作為診斷標(biāo)準(zhǔn)[13]，但這是一種侵入性的檢測(cè)方法。近年來(lái)，在炎癥性腸病患者SIBO診斷方面，無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)便、安全的乳果糖呼氣試驗(yàn)（lactulose breath test， LBT）受到越來(lái)越多的關(guān)注[14]。

2.1.1 檢測(cè)氫和甲烷的LBT

在進(jìn)行LBT前12 h，患者須禁食，但可飲用少量白開(kāi)水；在進(jìn)行LBT過(guò)程中，患者應(yīng)保持清醒、安靜、空腹，同時(shí)保持環(huán)境空氣流通。使用標(biāo)準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)后檢測(cè)患者基礎(chǔ)呼氣中的氫、甲烷豐度，然后囑其快速服下乳果糖溶液10 g，每隔30 min采集1次呼氣、共采集3次（90 min），檢測(cè)并記錄每次采集的呼氣中的氫和甲烷豐度。參考國(guó)內(nèi)、外相關(guān)文獻(xiàn)[15-17]擬定檢測(cè)氫和甲烷的LBT診斷SIBO的標(biāo)準(zhǔn)——1）檢測(cè)氫的LBT陽(yáng)性：①基礎(chǔ)呼氣中的氫豐度≥0.002%；②90 min內(nèi)任一時(shí)點(diǎn)的氫豐度較基礎(chǔ)值升高≥0.001 2個(gè)百分點(diǎn)；③90 min內(nèi)任何時(shí)點(diǎn)的氫豐度均≥0.002%。2）檢測(cè)甲烷的LBT陽(yáng)性：①基礎(chǔ)呼氣中的甲烷豐度≥0.001%；②90 min內(nèi)有1個(gè)早期即出現(xiàn)且持續(xù)的高平峰，峰值較基礎(chǔ)值升高≥0.001個(gè)百分點(diǎn)。符合上述檢測(cè)氫或甲烷的LBT陽(yáng)性標(biāo)準(zhǔn)之一就可診斷為SIBO。

2.1.2 呼氣分析儀

Sunvou-P200型納庫(kù)侖呼氣分析儀是無(wú)錫尚沃醫(yī)療電子股份有限公司研發(fā)的最新型便攜式呼氣分析儀，可同時(shí)精確檢測(cè)患者呼氣中的氫、甲烷和一氧化氮豐度，其中呼氣中一氧化氮豐度（fractional exhaled nitric oxide， FeNO）可反映炎癥性腸病患者腸道炎癥的情況[17]，檢測(cè)以空腹時(shí)的基礎(chǔ)值≥0.000 001%為陽(yáng)性。

2.2 SIBO發(fā)生率

完整的回盲瓣以及正常的胃酸分泌、腸道運(yùn)動(dòng)和免疫系統(tǒng)可對(duì)抗SIBO的發(fā)生。但炎癥性腸病患者由于功能損害，SIBO的發(fā)生率高于健康人群。Andrei等[18]應(yīng)用LBT（檢測(cè)氫）診斷了75例緩解期炎癥性腸病患者的SIBO發(fā)生率，結(jié)果顯示LBT陽(yáng)性率為25.3%，其中在潰瘍性結(jié)腸炎患者中為19.4%，在克羅恩病患者中為30.8%，克羅恩病患者較潰瘍性結(jié)腸炎患者更易發(fā)生SIBO。與SIBO相關(guān)的危險(xiǎn)因子包括全結(jié)腸受累的潰瘍性結(jié)腸炎、累及肛周和回結(jié)腸的克羅恩病、全結(jié)腸切除術(shù)后回盲瓣缺失等。炎癥性腸病患者若伴有SIBO，則往往更易有以下表現(xiàn)：平均每天排便次數(shù)較多；體質(zhì)指數(shù)較低；持續(xù)的腸胃脹氣。可聯(lián)合應(yīng)用檢測(cè)氫的LBT和其他方法，以區(qū)分患者是炎癥性腸病復(fù)發(fā)還是炎癥性腸病伴發(fā)SIBO。Rana等[19]通過(guò)LBT觀察到克羅恩病患者的SIBO發(fā)生率（45.2%）明顯高于潰瘍性結(jié)腸炎患者（17.8%），但炎癥性腸病患者的檢測(cè)甲烷的LBT陽(yáng)性率（2.9%）明顯低于健康對(duì)照者（24.4%），同時(shí)口-盲腸通過(guò)時(shí)間（oro-cecal transit time， OCTT）也明顯慢于健康對(duì)照者。此外，克羅恩病患者的OCTT明顯慢于潰瘍性結(jié)腸炎患者；伴有SIBO的炎癥性腸病患者的OCTT明顯慢于無(wú)SIBO患者。炎癥性腸病患者的OCTT延長(zhǎng)可能與其SIBO發(fā)生率更高有關(guān)。

不過(guò)，人體腸道內(nèi)存在產(chǎn)甲烷菌，可將氫轉(zhuǎn)化為甲烷[20]。因此，若僅依靠檢測(cè)氫的LBT會(huì)低估SIBO的發(fā)生率，這也是不同研究報(bào)告的炎癥性腸病患者SIBO發(fā)生率差異較大的原因之一。Sunvou-P200型納庫(kù)侖呼氣分析儀能同時(shí)精確檢測(cè)炎癥性腸病患者呼氣中的氫和甲烷等豐度，可用于SIBO診斷。

Cohen-Mekelburg等[21]對(duì)147例炎癥性腸病患者進(jìn)行了SIBO診斷及藥物治療干預(yù)的回顧性隊(duì)列研究，以評(píng)估伴發(fā)SIBO患者的臨床特點(diǎn)以及治療前后部分梅奧評(píng)分和Harvey-Bradshaw指數(shù)（Harvey-Bradshaw Index， HBI）值的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，147例患者中有61.9%的患者伴發(fā)SIBO，SIBO的治療成功率為38.1%。在克羅恩病患者中，治療后仍為SIBO者的HBI值從5降到4，而治療成功者的HBI值則從5降到3（P= 0.005）；在潰瘍性結(jié)腸炎患者中，治療后仍為SIBO者的部分梅奧評(píng)分從2降到1.5，治療成功者從2降到1（P= 0.607）。使用抗生素治療克羅恩病患者的SIBO，其HBI值明顯降低，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步研究和明確SIBO與炎癥性腸病的關(guān)聯(lián)。

3 FeNO與腸道炎癥

內(nèi)源性一氧化氮是由體內(nèi)可誘導(dǎo)的一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase， iNOS）產(chǎn)生的氣體信號(hào)傳導(dǎo)分子，具有調(diào)節(jié)機(jī)體炎癥和免疫功能等作用。呼氣中的一氧化氮是指由口或鼻呼出的內(nèi)源性一氧化氮，是非常敏感的氣道炎癥分子標(biāo)志物。FeNO檢測(cè)技術(shù)非常成熟，效度和信度均很好。目前，低流速（50 ml/s）的FeNO檢測(cè)已在氣道高反應(yīng)性和哮喘患者管理中得到廣泛應(yīng)用，根據(jù)FeNO可很好地預(yù)測(cè)患者對(duì)吸入糖皮質(zhì)激素治療的應(yīng)答。炎癥性腸病患者腸道菌群組成和代謝產(chǎn)物的改變與腸黏膜免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)的被激活有關(guān)，可用高流速（200 ml/s）的FeNO檢測(cè)來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)估腸黏膜的低度慢性炎癥程度[22]。

Avdagi？等[23]采用傳統(tǒng)的Griess反應(yīng)比色法檢測(cè)了30例潰瘍性結(jié)腸炎患者、30例克羅恩病患者和30名健康對(duì)照者的血清一氧化氮水平，發(fā)現(xiàn)3組患者的平均血清一氧化氮水平（分別為15.25、14.54和13.29 μmol/L）有顯著差異，且活動(dòng)期和非活動(dòng)期炎癥性腸病患者的血清一氧化氮水平也有顯著差異。若以血清一氧化氮水平17.39 μmol/L為切點(diǎn)作受試者工作特征曲線，鑒別活動(dòng)期潰瘍性結(jié)腸炎的敏感度和特異度均為100%；若以血清一氧化氮水平14.01 μmol/L為切點(diǎn)作受試者工作特征曲線，鑒別活動(dòng)期克羅恩病的敏感度和特異度分別為88%和69%。炎癥性腸病的活動(dòng)性與腸黏膜的iNOS活性上調(diào)有關(guān)，而iNOS活性上調(diào)會(huì)提高腸黏膜和血漿的一氧化氮表達(dá)水平。

手持式FeNO檢測(cè)儀可在診室內(nèi)方便地檢測(cè)炎癥性腸病患者的FeNO。Quenon等[24]用其檢測(cè)了50例克羅恩病患者和25名健康對(duì)照者的FeNO，并檢測(cè)了全部克羅恩病患者的疾病活動(dòng)度、血液中的紅細(xì)胞沉降率和C-反應(yīng)蛋白水平以及糞鈣衛(wèi)蛋白水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，若以克羅恩病活動(dòng)度>150為診斷活動(dòng)期疾病的切點(diǎn)，則在未使用糖皮質(zhì)激素治療的患者中，活動(dòng)期克羅恩病患者的FeNO（0.000 002 2%）與緩解期克羅恩病患者和健康對(duì)照者的FeNO（分別為0.000 001 1%和0.000 001 7%）間均有顯著差異。糖皮質(zhì)激素治療后的活動(dòng)期克羅恩病患者的FeNO較未使用糖皮質(zhì)激素治療患者的FeNO顯著降低（分別為0.000 001 2%和0.000 002 5%）。FeNO與克羅恩病的活動(dòng)度顯著相關(guān)（r=0.68， P<0.001）。FeNO與炎癥指標(biāo)紅細(xì)胞沉降率、C-反應(yīng)蛋白水平中度相關(guān)，但與糞鈣衛(wèi)蛋白水平不相關(guān)。FeNO檢測(cè)有望成為一種可簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)檢測(cè)克羅恩病患者系統(tǒng)性炎癥的常規(guī)方法。

SIBO導(dǎo)致的脂多糖等內(nèi)毒素釋放可能引起腸道炎癥，釋放炎性介質(zhì)、包括一氧化氮。Jayasooriya等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，在BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中，革蘭陰性菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素脂多糖可誘導(dǎo)一氧化氮和前列腺素E2等促炎介質(zhì)的釋放，其機(jī)制與上調(diào)了iNOS和環(huán)氧化酶-2的表達(dá)有關(guān)。

脂多糖是腸道內(nèi)革蘭陰性菌分泌的一種內(nèi)毒素，在炎癥性腸病發(fā)病過(guò)程中起著重要作用。Chu等[5]的研究發(fā)現(xiàn)，脆弱擬桿菌能通過(guò)其外膜囊泡將脂多糖傳遞到胞漿蛋白NOD2和自噬相關(guān)蛋白ATG16L1基因突變的小鼠的腸道樹突狀細(xì)胞中，進(jìn)而誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素-10并促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化。當(dāng)將脆弱擬桿菌接種到?jīng)]有上述基因突變的小鼠腸道中后，該細(xì)菌有助于抑制與克羅恩病和腸易激綜合征相關(guān)的炎癥反應(yīng)，而接種到有上述基因突變的小鼠腸道中則可促進(jìn)腸道炎癥的發(fā)生。Bates等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚腸腔微絨毛刷狀緣處的腸堿性磷酸酶（intestinal alkaline phosphatase， IAP）可使脂多糖脫磷酸化而無(wú)毒化。缺乏IAP的野生型斑馬魚對(duì)脂多糖的易感性增高，接觸脂多糖后其腸道會(huì)募集大量的中性粒細(xì)胞。但于無(wú)菌條件下飼養(yǎng)缺乏IAP的野生型斑馬魚，其腸道中不會(huì)發(fā)生中性粒細(xì)胞募集現(xiàn)象。這些結(jié)果表明，內(nèi)源性腸道微生態(tài)在斑馬魚腸道中建立了正常的中性粒細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，該穩(wěn)態(tài)對(duì)維持腸道菌群的免疫耐受以及減少炎癥反應(yīng)起著重要作用。鑒于脂多糖能夠上調(diào)體內(nèi)一氧化氮的表達(dá)并在誘發(fā)腸道炎癥中起著至關(guān)重要的作用，故高流速（200 ml/s）的FeNO檢測(cè)有望成為一種檢測(cè)腸道慢性炎癥程度的敏感方法。

4 結(jié)語(yǔ)

SIBO在炎癥性腸病患者中的發(fā)生率明顯增高，腸道菌群紊亂、包括SIBO在炎癥性腸病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中起著重要作用。通過(guò)LBT（檢測(cè)氫或甲烷）可便捷地篩查出炎癥性腸病患者中的SIBO個(gè)體，應(yīng)用FeNO檢測(cè)則能明確炎癥性腸病患者的疾病活動(dòng)度。隨著呼氣試驗(yàn)儀器的不斷普及，相信會(huì)對(duì)炎癥性腸病診治提供越來(lái)越多的幫助。

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