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氢气呼气试验是一种无创、安全的诊断工具，用于调查功能性肠道疾病。在诊断果糖或乳糖吸收不良以及检测小肠细菌过度生长综合征方面，氢气呼气试验甚至被视为金标准。然而，检测程序和检测结果的解释仍然缺乏标准化。

1. 引言

目前已知，人类呼出的气体中至少含有 2000 多种不同的物质，除了呼吸外，肺的另一个基本功能是排泄挥发性物质。氢气呼气测试是基于健康人在空腹和休息时不会呼出氢气这一生理事实。由于氢气只在无氧代谢过程中产生，而人体在静止状态下没有无氧代谢，因此随呼气排出的氢气必须来自厌氧细菌。大肠中含有大量细菌，这些细菌主要是厌氧菌，能产生大量氢气。厌氧细菌喜欢代谢糖分子，作为发酵反应的一部分，糖分子最初被分解成短链脂肪酸（SCFA）、二氧化碳（CO2）和氢气（H2），如图 1 所示。

图 1. 乳糖吸收不良时糖分子（乳糖）在肠道中的发酵反应

大部分二氧化碳会留在肠道中，导致腹胀症状。SCFA 会产生渗透梯度，从而将水分吸入肠腔，导致腹泻症状。肠道中产生的氢气穿过肠壁，最终进入血液，被输送到肺部，作为呼出气体的一部分排出体外。有强有力的证据表明，呼出的氢气表明肠道中厌氧菌的数量和代谢活动。呼出的氢气可以通过手持式呼气测试设备以百万分之几（ppm）为单位进行无创测量，而且相对容易。在呼气测试过程中，氢气浓度上升的时间可以说明发酵发生在肠道的哪个部位。    

2. 测试前的准备

**测试前，患者应禁食至少 12 小时。**特别要注意的是，在检查前一天不要喝牛奶或果汁。试验前一天的最后一餐不宜吃得太饱，最好不要吃任何食物。在测试前一天，应避免食用洋葱、韭菜、大蒜、卷心菜、腌卷心菜或豆类。检查前 12 小时，患者应停止吸烟和嚼口香糖。如果由于疏忽，患者确实吸烟，仍可在较低的基础 H2 值（<5 ppm）下进行测试。如果反复测量到患者的基础 H2 值升高，建议测量呼出的一氧化碳（CO）含量，以确定患者是否在测试前不久吸烟。

除维生素、泻药和抗生素外，检查当天可以用纯净水服用药物。佩戴假牙的人在检查当天不得使用粘合剂。关于因大多数牙膏含有山梨醇或木糖醇而禁止在呼气测试前刷牙的说法是不正确的。

2.1开始呼气测试前必须做哪些准备？

首先，最重要的是确定没有呼气试验的禁忌症。这首先适用于怀疑有遗传性果糖不耐受症的儿童。在遗传性果糖不耐受症（HFI）的情况下，果糖负荷是严格禁忌的，因为它会导致严重的低血糖。由于遗传性果糖不耐受症和果糖吸收不良的临床症状可能非常相似，因此需要特别注意儿童的情况。在这种情况下，应在果糖负荷试验前进行分子基因检测，以确定是否存在 HFI。在极少数情况下，主要是在临床病程不太严重的复合杂合子病例中，有可能直到成年才诊断出 HFI。    

此外，还需要记录患者当前和最近的用药情况。抗生素停药后，氢气呼气试验的结果会持续失真长达四周。因此，建议在这种情况下不要进行测试。同样，至少应在检查前三天停止服用泻药，特别是乳果糖（LaevolacR）。结肠镜检查后，肠道菌群需要长达四周的时间才能恢复。因此，在此之前不应进行氢气呼气试验。无论如何，在结肠镜检查后，必须等到患者至少有三次正常排便后才能进行氢气呼气试验。在进行其他肠道检查（如灌肠镜检查、Sellink 手术或其他肠道检查）后，如果事先进行了 “肠道清洁”，也应如此。表 1 列出了氢气呼气试验的禁忌症。

表 1. 氢气呼气测试的禁忌症

绝对禁忌症

  • 已知或疑似遗传性果糖不耐受（果糖负荷试验、山梨醇负荷试验的 CI）

  • 已知或疑似（餐后）低血糖症

相对禁忌症

  • 服用抗生素（最近四周内）

  • 结肠镜检查（最近四周内）

  • 灌肠镜检查（最近四周内）

  • 根据 Sellink 标准进行小肠透视检查（最近四周内）

  • 回肠造口术（SIBOS 诊断除外）

2.2紧急用药

虽然与呼气测试有关的紧急情况很少发生，但为所有可能发生的情况做好准备仍然很重要。如果出现不适，往往是偏头痛发作、头痛或胃痉挛。但在极少数情况下，患者可能会出现恐慌、头晕、过敏性反应或快速性心律失常。呼气试验室应储备适当的应急药物（抗组胺药、可的松、偏头痛药物、解痉药、扑热息痛等）。    

2.3禁食状态

空腹状态必须经过验证。这通常通过基础 H2 测量来实现。基础 H2 水平应低于 10 ppm（最好低于 5 ppm）。如果基础 H2 为 10 ppm 或以上，则不能使用呼气试验。在这种情况下，应要求患者改天再来，禁食至少 16 小时后再进行呼气试验。如果怀疑有乳糖不耐受症，则测试前的最后一餐也不应含有牛奶（乳制品）。如果怀疑有潜在的果糖不耐受症，最后一餐中也不应含有水果。此外，建议患者在测试当天早上喝一杯热水。这样可以帮助肠道蠕动，“洗掉 ”肠道细菌，从而产生空腹呼出的氢气。

2.4记录

氢气呼气测试结果的可比性和可靠性不仅需要呼气测试的标准化实施，还需要精确的记录。**除了测量的氢气水平外，最重要的是确定每次测量时出现的症状。**症状的确定对检测结果的解释至关重要，对临床后果也非常重要。测试期间可能出现的症状并不局限于胃肠道症状，如腹胀、肠蠕动过强、腹泻或腹痛。患者经常会出现肠道以外的症状，如疲劳、头晕、头痛或胃灼热（见图 2）。    

图 2. 果糖耐受性测试期间出现症状的频率（N = 1790）

3. 氢气呼气测试的实施

**每次进行呼气测试时，首先要在病人空腹状态下进行初始测量（基础值），然后再给病人服用测试物质。**呼气过程应按照呼气测试设备制造商的说明进行。由于氢气的分布因体位不同而不同，因此患者必须采用与基础测量时相同的体位。在对门诊病人和非卧床病人进行测试时，我们建议坐着进行测量。在进行测量之前，患者应坐下至少 1 分钟。测试期间，患者应留在候诊室，因为体力活动可能会使测量结果失真。紧张、压力和其他导致过度换气的原因也会使读数失真。其他受试者同时出现在等候室不会干扰 H2 呼气测试结果。如果确定受试者呼吸空气中的 H2 含量不超过 10 ppm（最好小于 5 ppm），则可以开始负荷测试。

3.1剂量、浓度和读数

检测物质的剂量和浓度以及服用速度都会影响检测结果。关于剂量、浓度、H2 水平的显著性、测量频率和测量时间，目前尚缺乏有据可依的标准，而且在讨论中也存在争议。假阳性和假阴性结果也必须考虑在内。一般来说，在测量基础空腹值（0 分钟）后，至少在 2 小时内每隔 30 分钟测量一次呼出空气中的 H2 量，并在 15 分钟时再测量一次。这就意味着要在 0 分钟（负荷前）以及 15、30、60、90 和 120 分钟测量 H2 的读数。如果需要更多有关受测物质对小肠影响的信息，即怀疑有小肠细菌过度生长综合症（SIBOS），则最好在 45 分钟后再增加一次读数。    

4. 解释呼气测试结果的准则

**氢气呼气测试结果的判读基于三个关键因素：氢气呼出水平、症状的出现以及这两个因素在测试期间随时间的变化。**在快速连续测量过程中出现的百万分之 2-3 的氢气浓度差异必须视为随机变化，因为设备的测量不确定性就在这个范围内。如果在相同的试验条件下，测得的氢气值相差超过 5 ppm，则应重新调整设备。

4.1阴性呼气试验

如果测试物质没有吸收不良，氢含量没有明显增加，即读数在基础值上下变化小于 5 ppm，并且没有症状。只有同时满足这两个标准（氢含量不增加和无症状），才能诊断为正常结果（见图 3）。

图 3. 呼气测试阴性。测试结果：无 H2 增加，无症状。解释：结果正常    

如果出现临床症状，但并不伴有 H2 水平的升高，则应考虑 H2 生成不足（非 H2 生成者）。为了安全地诊断无 H2 生成，必须进行乳果糖试验。如果乳糖负荷仍不能使 H2 水平升高，那么受试者很可能是 “非 H2 生成者”。

此外，假阴性结果的出现可能是由于较长的口腔-胰腺转运时间造成的，也就是说，有可能在确定 H2 水平出现可测量的增加之前，测试就已经结束了。如果怀疑转运时间较慢（患者往往会抱怨便秘，但排便次数很少），那么分别在 150 分钟和 180 分钟后再进行一次读数是合理的。

4.2呼气测试呈阳性

**一般来说，氢浓度比基础值增加 20 ppm 以上即为测试结果呈阳性（H2 显著增加）。**开始测试后约 60 分钟，氢气浓度显著增加并出现症状，可诊断为对测试物质的肠道不耐受（见图 4）。一般来说，最早可以在 60 分钟后测量出最大升幅，最好是在 90 分钟后，因为此时未被吸收的试验物质已经进入大肠。

图 4. 呼气试验阳性和症状。测试结果：60 分钟后 H2 增加并出现症状。解释：肠道对试验物质不耐受

如果 60 分钟后出现明显的 H2 增加，但没有临床症状，则必须诊断为测试物质吸收不良（而不是肠道不耐受）（见图 5）。一般来说，如果呼气试验结果呈阳性并伴有症状，我们建议使用 “不耐受 ”一词，而如果呼气试验结果呈阳性但未出现症状，则建议使用 “吸收不良 ”一词。    

图 5. 无症状的呼气试验阳性。测试结果：60 分钟后 H2 增加，无症状。解释：测试物质吸收不良（无不耐症）

如果数值比基础值升高 10 ppm 以上但低于 20 ppm，则检测结果被视为 “边缘阳性”。同样需要考虑的是，H2 边界增加是在什么时间出现的。如果在 30 分钟内比基础值高出 10 ppm 以上，则表明测试物质依赖者患有小肠细菌过度生长综合症（SIBOS）。这种特殊的 H2 脯氨酸基本上有两种可能性：

(a) 曲线显示出双峰现象（见图 6），即前 30 分钟内 H2 浓度上升，随后 H2 浓度下降，60 分钟后 H2 浓度再次上升。这表明 SIBOS 的回盲瓣功能仍然完好，小肠中的细菌能够代谢试验物质。第二个峰值（60-90 分钟后）表示大部分受试物质不能被吸收，因此在大肠中发酵（吸收不良）。    

图 6. 双峰值参数的呼气测试曲线。测试结果：30 分钟内 H2 上升， H2 水平下降，60 分钟后H2 达到第二个峰值。解释：吸收不良/不耐受（取决于出现的症状），伴有 SIBOS 和完整的回盲瓣

(b) 曲线显示早期（60 分钟之前）H2 浓度上升，比基础值至少高出 20 ppm，直到第 90 分钟才出现下降。该曲线呈准双峰状，第一个峰值和第二个峰值之间没有 “谷”（见图 7）。    

图 7. 早期增加的呼气测试曲线。测试结果：60 分钟内 H2 上升，直到第 90 分钟出现症状时才下降。解释：肠道不耐受和反冲洗回肠炎

5. 氢气呼气测试的类型

实际上，任何糖类、糖醇、双糖、低聚糖或多糖都可以通过氢气呼气试验进行吸收测试。根据所要进行的测试，受试者会吸入不同的测试物质。氢气呼气试验最常用于诊断果糖吸收不良、乳糖吸收不良和 SIBOS。表 2 概述了目前常见的氢呼气试验类型。

表 2. 氢气呼气测试的类型

  • 果糖耐受性测试 (FTT)

  • 乳糖耐受性测试 (LTT)

  • 葡萄糖负荷试验（GLT）

  • 乳果糖耐受性测试（LT）

  • 山梨醇耐受性测试（STT）

  • 果糖-山梨醇耐受性测试（FSTT）

  • 木糖醇耐受性呼气试验（XTT）

5.1果糖耐受试验（FTT）    

果糖耐受试验已被确定为诊断果糖吸收不良（FM）和肠道果糖不耐受（IFI）的黄金标准。表 3 列出了果糖耐受试验最常见的适应症。果糖耐受试验不适合诊断遗传性果糖不耐受症（HFI）。如果怀疑有遗传性果糖不耐受，则禁用氢气呼气试验，因为它会导致严重的低血糖。如果无法事先安全地排除 HFI，则必须事先进行分子遗传分析。

表 3. 果糖耐受性测试的适应症

疑似胃肠道果糖不耐受症

肠易激综合征调查

不耐受甜食、蜂蜜或水果

腹胀、腹泻、脂肪泻（脂肪便）

监测乳糜泻和其他可能与绒毛萎缩有关的疾病

慢性炎症性肠病(常合并碳水化合物吸收不良）

5.2乳糖耐受试验（LTT）

乳糖酶负责分解双糖乳糖，并将其分成葡萄糖和半乳糖两种成分。乳糖不能以非分裂形式被吸收。乳糖耐受试验（LTT）用于诊断乳糖消化不良（LM）或乳糖不耐受（LI），与乳糖吸收不良的原因无关。表 4 列出了乳糖耐受试验最常见的适应症。目前，H2 呼气试验被认为是诊断乳糖吸收不良最经济、最可靠的方法。

表 4. 乳糖耐受试验的适应症

疑似原发性或继发性乳糖不耐症        

肠易激综合征调查

对牛奶、乳制品、糕点或巧克力不耐受

腹胀、腹泻、脂肪泻（脂肪便）的检查

监测乳糜泻和其他伴有绒毛萎缩的疾病

如果通过分子基因检测排除了原发性乳糜泻，则监测乳糜泻和其他伴有绒毛萎缩的疾病检测

慢性炎症性肠病(通常合并碳水化合物吸收不良）

5.3葡萄糖负荷试验（GLT）

在生理条件下，葡萄糖很容易被小肠吸收。但是，如果小肠（上段）细菌过度生长，细菌就会在吸收葡萄糖之前发酵葡萄糖并产生 H2。表 5 列出了葡萄糖耐量呼气试验最重要的适应症。

表 5. 葡萄糖负荷试验的适应症

疑似 SIBOS

胰腺外分泌功能不全

肝硬化

继发性乳糖不耐症

肠易激综合征

十二指肠憩室        

调查脂肪泻（脂肪便）或腹泻

(蛋白质消化不良引起的恶臭粪便）

糖和甜食不耐受

Casellas 等人进行的一项研究发现，通过使用 GLT，可以确定 40% 的胰腺外分泌功能不全患者患有细菌过度生长。胰腺外分泌功能不全患者出现 SIBOS 的频率之高，证明常规使用 GLT 是合理的。此外，多达三分之一的肝硬化患者被发现有细菌过度生长，这意味着有可能发展为自发性细菌性腹膜炎。在我们自己的样本中，使用 GLT 的结果显示，约 80% 的继发性乳糖不耐受患者患有 SIBOS，这是导致乳糖不耐受的原因，在所有病例中，使用抗生素治疗后，SIBOS 都是可逆的（未发表的数据）。

5.4乳糖试验（LT）

乳糖是一种由果糖和半乳糖组成的合成双糖。乳糖不能被人体吸收，因此总是被发酵。如果乳果糖负荷仍不能导致氢含量增加，则很可能存在 “非氢生成”。表 6 总结了乳糖呼气试验的常见适应症。

表 6. 乳糖试验的适应症

确定口肠转运时间

确定非 H2 生产者

小肠细菌过度生长（SIBOS）

便秘调查

5.5山梨醇耐受试验（STT）和果糖-山梨醇耐受试验（FSTT）    

STT 用于诊断山梨醇不耐受症（SI）。山梨醇不耐受可分为两种类型：纯山梨醇和山梨醇依赖性果糖吸收不良。后者具有临床意义，因为果糖和山梨醇经常是同一种食物（如水果）的组成部分。山梨醇耐受性试验最常见的适应症是怀疑山梨醇不耐受（不耐受口香糖、煮熟的糖果、糖尿病产品）和果糖耐受性试验的边缘阳性结果。

在山梨醇耐受性测试中，受试者会摄入 12.5 克溶于 250 毫升水中的山梨醇，而在果糖-山梨醇负荷测试中，受试者会摄入 12.5 克溶于 250 毫升水中的山梨醇+12.5 克果糖。这项测试一般不在儿童身上进行。H2值分别在服用试验物质后的0、15、30、60、90和120分钟测量。如果 H2 含量比基础值增加 20 ppm 以上，则测试结果呈阳性。检测结果的解释应遵循上文所述的指导原则。

5.6木糖醇耐受性试验（XTT）

木糖醇是一种代糖，因此经常以 E-967 的名义添加到所谓的 “无糖 ”食品中。木糖醇耐受性试验（XTT）用于诊断木糖醇不耐受症。木糖醇不能被很多人充分吸收，因此，含有木糖醇的食物经常会引发肠易激症状。尽管如此，木糖醇试验还是很少开展。从临床角度来看，木糖醇的特性与山梨醇非常相似。木糖醇耐受性测试的适应症是怀疑对木糖醇不耐受（对口香糖、煮熟的糖果、糖尿病产品等不耐受），以及果糖耐受性测试或山梨醇耐受性测试结果呈边缘阳性。我们建议将 12.5 克木糖醇溶于 250 毫升水中。一般不对儿童进行此项测试。在服用木糖醇后的 0、15、30、60、90 和 120 分钟分别读取 H2 水平。表 7 概述了最常用的氢气呼气测试的设计参数。

表 7. 氢气呼气测试的实施情况

测试项

用量

读数（分钟）

阳性检测结果        

(比基础值增加)

备注

果糖

25 g in 250 ml water          children: 1 g/kg BW in 10 ml water/kg BW (max. 25 g)

0–15–30–60–90–120

>20 ppm

乳糖

50 g in 250 ml water     children: 1 g/kg BW in 10 ml water/kg BW (max. 50 g)

0–15–30–60–90–120

>20 ppm

葡萄糖

50 g in 250 ml water

children: 1 g/kg BW in 10 ml water/kg BW (max. 50 g)

0–15–30–45–60

>10 ppm

乳果糖

10–20 g

0–15–30–60–90–120–150–180

<10 ppm (non-H2-production)

>20 ppm (evaluation of transit time)

山梨醇

12.5 g in 250 ml water

0–15–30–60–90–120

>20 ppm

Not on children

果糖-

12.5 g fructose +

0–15–30–60–90–120

>20 ppm

Not on children

山梨糖醇

12.5 g sorbitol in 250 g water

木糖醇

12.5 g in 250 ml water

0–15–30–60–90–120

>20 ppm

Not on children

6. 不产生氢气

如果患者既没有表现出呼吸空气中氢气浓度的增加，也没有同时出现任何症状，则通常应将这种结果视为正常。如果患者在测试期间或测试后 6 小时内出现症状（尤其是在此期间出现腹泻），而在呼气测试期间无法确定氢气浓度增加，则需要考虑氢气生成不足，并进行乳糖测试以确定氢气生成不足。一方面，不产生 H2 可能是由于肠道细菌占主导地位，这些细菌本身会代谢氢气（如产乙酸细菌、产甲烷细菌、硝酸盐还原细菌、硫酸盐还原细菌）。这种情况会发生得非常快，以至于无法吸收足够的氢气通过肺部排出体外。另一方面，由于近期的抗生素治疗或结肠镜检查的准备工作，产氢细菌可能已经减少到无法产生足量氢气的程度。