本方案描述了用于临床评估功能性腹胀成人的乳果糖氢-甲烷呼气检测。联合检测氢气和甲烷可识别与症状负担及便秘相关特征相关的不同气体产生模式，有助于在临床实践中进行表型特征分析。
本文内容
摘要
摘要
功能性腹胀是一种常见的肠-脑相互作用障碍，其症状表现多样，潜在机制尚不明确。小肠细菌过度生长和肠道产甲烷菌过度增殖均被认为与气体相关症状有关；然而，联合乳果糖氢-甲烷呼气试验在功能性腹胀患者表型特征分析中的临床应用价值仍不完全清楚。本项横断面观察性研究旨在评估乳果糖氢-甲烷呼气试验是否能够区分功能性腹胀症状患者的具有临床意义的亚组。90名功能性腹胀成年患者接受了标准化的乳果糖氢-甲烷呼气试验，在120分钟内进行连续采样。记录了人口学特征、症状持续时间、腹胀严重程度、腹痛情况、排便习惯模式及呼气气体谱。根据预定义的判读标准，将呼气试验结果分为氢阳性、甲烷阳性、混合阳性或阴性。90例患者中有42例呼气试验呈阳性，其中包括24例氢阳性、12例甲烷阳性和6例混合阳性。呼气试验阳性的患者腹胀严重程度高于呼气试验阴性的患者。甲烷阳性和混合阳性组中便秘相关特征的患病率更高，而氢阳性组则更多地与混合型排便习惯重叠。这些发现表明，联合乳果糖氢-甲烷呼气试验可识别出功能性腹胀成年患者中具有临床意义的产气表型，并可能支持基于症状的临床分层。
引言
功能性腹胀是胃肠病学临床实践中最常见且最令人困扰的疾病之一。尽管许多患者仅将其描述为“胀气”，但该症状很少如此简单明了。目前的肠-脑互动障碍分类框架认为，腹胀与可见的腹部膨隆是相关但不同的两种现象，二者均可显著影响进食、工作、社交活动及生活质量1,2。近期专家指南还强调，不应将腹胀归结为单一机制，因为在具有看似相似主诉的患者中，其排便习惯模式、症状严重程度、伴随疼痛以及对治疗的反应可能存在差异2。这种临床异质性使得仅依靠症状评估对许多门诊患者而言并不充分。
近年来，人们对腹胀病理生理学的理解更加全面。微生物发酵仍然具有重要作用；然而，肠道动力改变、气体处理异常、内脏高敏感性、碳水化合物不耐受、盆底功能障碍以及内脏-躯体反应异常也被认为是相关的致病因素3。在部分患者中，可见的腹部膨隆可能源于腹膈肌协调障碍，而非肠腔内气体过多，这或许可以解释为何症状负担与客观气体量并不总是一致4。这些观察结果提示，功能性腹胀并非单一疾病实体，而可能涉及多种生理通路，包括如小肠细菌过度生长等潜在可检测的机制。
在此框架下，小肠细菌过度生长和肠道产甲烷菌过度生长尤其相关，可作为与微生物群相关、且无需侵入性评估的气体相关症状的解释。目前的胃肠病学指南继续将腹胀、腹部不适和排便习惯改变视为评估微生物过度生长患者时常见的临床主诉5,6。氢-甲烷呼气试验在该背景下常被使用，因其具有实用性、可重复性，且相较于小肠培养更适用于常规临床诊疗；然而，在结果解读时必须考虑底物选择、肠道转运时间及检测条件等因素7,8。为促进标准化解读并提高诊断一致性，本研究采用了北美共识所推荐的氢气和甲烷呼气试验检测方案及诊断阈值。在功能性腹胀患者中，联合检测氢气和甲烷可能尤为重要，因为仅依赖单一气体检测可能掩盖具有生物学差异的患者亚群。
以氢气为主和以甲烷为主的呼气图谱之间的差异可能不仅限于实验室发现。越来越多的研究表明，与甲烷相关的过度生长与较慢的肠道传输以及以便秘为主的症状表型相关，而其他气体模式并未一致显示出相同的关联9。更广泛而言，呼气气体图谱可能反映具有临床意义的微生物及症状变异，而非随机的实验室波动10。此外，不断增长的文献表明，呼气检测在多种功能性胃肠疾病中具有临床应用价值，证实特定的呼气气体图谱可能与不同的临床表型相关，包括以便秘为主和以腹泻为主的临床表现11,12,13。然而，专门针对主要主诉为功能性腹胀患者的研究所占比例仍少于肠易激综合征或混合性胃肠症状人群的研究11。这一研究空白支持采用以表型为导向的研究方法。因此，本研究采用乳果糖氢–甲烷呼气检测对功能性腹胀成人患者进行临床特征分析，并评估阴性、氢气阳性、甲烷阳性和混合阳性呼气检测图谱是否对应不同的症状模式。该方法并非仅将呼气检测结果简单归类为阳性或阴性，而是探索其作为功能性腹胀患者具有临床意义的分类框架的潜在价值。
方案
本横断面观察性研究遵循《赫尔辛基宣言》进行，并获得济南市中心医院伦理委员会批准（批准号：20250120022）。所有涉及人类受试者的操作程序均在研究开始前经过审查并获批准。所有参与者在入组前均已签署知情同意书。
以功能性腹胀（FB）为主要主诉就诊于胃肠病门诊的成年门诊患者被连续筛选以纳入研究。根据罗马IV标准，功能性腹胀定义为在过去3个月内平均每周至少发生1天的反复性腹部胀满感或腹胀，且症状出现时间早于诊断至少6个月。通过全面的临床排除性检查（包括常规实验室检测、腹部影像学检查，以及根据临床需要进行的内镜评估）排除症状的结构性或代谢性病因。符合重叠性肠易激综合征（IBS）亚型（IBS-C、IBS-D或IBS-M）诊断标准的受试者允许参与研究，只要腹胀仍是其最主要且最困扰的主诉，即根据亚型进行前瞻性分类。
为了尽量减少对基线呼出气体谱的混杂影响，排除了患有未控制糖尿病、既往接受过重大胃肠道手术或因严重难治性便秘需每日进行医疗干预的受试者。此外，实施了标准化的检测前药物洗脱方案。检测前4周内禁止使用全身性抗生素和益生菌，而促动力药、泻药、阿片类药物和质子泵抑制剂则在检测前至少停用1周。
受试者招募于2025年2月至2025年12月期间在济南市中心医院的门诊胃肠病科进行。符合条件的症状性成人受试者被连续纳入，未设置额外的任意选择标准，以尽量减少选择偏倚。整体研究流程见图11。
图1。研究设计及乳果糖氢-甲烷呼气试验工作流程。 出现功能性腹胀症状的成年门诊患者经资格筛选，并在签署书面知情同意书后入组。在检测前记录基线人口学和临床变量。受试者接受标准化的检测前准备，包括为期24小时的低发酵饮食以及8–12小时的夜间禁食。乳果糖氢-甲烷呼气试验（LHMBT）在服用10 g乳果糖溶于200 mL水中后进行，分别于0、30、60、90和120分钟采集终末呼气样本。根据预定义的氢气和甲烷判读标准对呼气试验结果进行解释，并将受试者分类为阴性、氢气阳性、甲烷阳性或混合阳性。随后进行临床症状比较及表型特异性分析。请点击此处查看该图的放大版本。
研究人群、纳入标准与基线评估
符合条件的受试者为年龄在18至65岁之间的成年人，其症状表现为反复或持续性腹胀，持续时间超过3个月，且症状出现时间至少在入组前6个月。选择这些时间性症状标准是为了与功能性肠病的罗马IV诊断框架保持一致。受试者还需具备完成症状评估和系列呼气试验的能力。若受试者患有炎症性肠病、乳糜泻、胃肠道恶性肿瘤、肠梗阻、既往有显著的小肠或结肠切除史、失代偿性肝病、妊娠、在过去4周内发生过急性感染性胃肠炎、在过去4周内使用过全身性抗生素、在过去2周内进行过结肠镜检查前的肠道准备，或无法遵守检测前的饮食限制和禁食要求，则被排除在外。
在入组时，使用结构化病例报告表前瞻性地记录年龄、性别、身高、体重、体重指数（BMI）、症状持续时间、腹胀严重程度、腹痛严重程度、每周自发排便的平均次数，以及基于排便习惯模式的临床亚型（功能性腹胀、IBS-C、IBS-D 或 IBS-M）。腹胀严重程度和腹痛严重程度采用0到10的数字评分法（NRS）进行评估，其中0表示无症状，10表示可想象的最严重症状。排便频率定义为过去4周内每周自发排便的平均次数。研究变量及其相应的编码规则汇总于表16。
| 变量 / 术语 | 定义 | 编码 / 单位 | 备注 |
| 功能性腹胀 (FB) | 在常规评估中未发现结构性胃肠道疾病的复发性或持续性显著腹部腹胀 | 纳入变量 | 入组必需 |
| 乳果糖氢-甲烷呼气检测 (LHMBT) | 基于乳果糖的标准双气体呼气检测，用于测量呼出的氢气和甲烷 | 操作程序 | 主要研究检测 |
| 年龄 | 入组时的年龄 | 年 | 连续变量 |
| 性别 | 入组时记录的生物学性别 | 男性 / 女性 | 分类变量 |
| 体重指数 (BMI) | 体重除以身高的平方 | kg/m² | 连续变量 |
| 症状持续时间 | 入组前腹胀症状的持续时间 | 月 | 连续变量 |
| 临床亚型 | 基于症状的肠功能表型，于入组时记录 | 功能性腹胀 / IBS-C / IBS-D / IBS-M | 分类变量 |
| 腹胀严重程度 | 受试者自评的腹胀严重程度 | 0–10 数字评分法 (NRS) | 0 = 无；10 = 最严重 |
| 腹痛严重程度 | 受试者自评的腹痛严重程度 | 0–10 数字评分法 (NRS) | 0 = 无；10 = 最严重 |
| 便秘评分 | 综合便秘负担评分 | 0–3 | 评分越高，便秘负担越重 |
| 腹泻评分 | 综合腹泻负担评分 | 0–3 | 评分越高，腹泻负担越重 |
| H2_0 | 基础呼出氢气浓度 | ppm | 在 0 分钟时测量 |
| H2_30 | 30 分钟时呼出的氢气浓度 | ppm | 原始气体变量 |
| H2_60 | 60 分钟时呼出的氢气浓度 | ppm | 原始气体变量 |
| H2_90 | 90 分钟时呼出的氢气浓度 | ppm | 原始气体变量 |
| H2_120 | 120 分钟时呼出的氢气浓度 | ppm | 原始气体变量 |
| CH4_0 | 基础呼出甲烷浓度 | ppm | 在 0 分钟时测量 |
| CH4_30 | 30 分钟时呼出的甲烷浓度 | ppm | 原始气体变量 |
| CH4_60 | 60 分钟时呼出的甲烷浓度 | ppm | 原始气体变量 |
| CH4_90 | 90 分钟时呼出的甲烷浓度 | ppm | 原始气体变量 |
| CH4_120 | 120 分钟时呼出的甲烷浓度 | ppm | 原始气体变量 |
| Peak_H2_0_90 | 0–90 分钟内观察到的最高氢气浓度 | ppm | 衍生变量 |
| Delta_H2_0_90 | Peak_H2_0_90 减去基础值 H2_0 | ppm | 衍生变量 |
| Peak_CH4_0_120 | 0–120 分钟内观察到的最高甲烷浓度 | ppm | 衍生变量 |
| H2_Positive | 满足氢气阳性标准 | 是 / 否 | 衍生二分类变量 |
| CH4_Positive | 满足甲烷阳性标准 | 是 / 否 | 衍生二分类变量 |
| SIBO 标准 | 在 90 分钟内氢气浓度较基线升高 ≥20 ppm | 是 / 否 | 诊断阈值 |
| IMO 标准 | 在任一采样时间点甲烷浓度 ≥10 ppm | 是 / 否 | 诊断阈值 |
| 阴性表型 | 既不满足 SIBO 标准，也不满足 IMO 标准 | 阴性 | 最终分类组 |
| 氢气阳性表型 | 满足 SIBO 标准，且所有时间点甲烷浓度均 <10 ppm | 氢气阳性 | 最终分类组 |
| 甲烷阳性表型 | 满足 IMO 标准，但不满足 SIBO 标准 | 甲烷阳性 | 最终分类组 |
| 混合阳性表型 | 同时满足 SIBO 和 IMO 标准 | 混合阳性 | 最终分类组 |
| Overall_Positive | 任一呼气试验表型为阳性 | 是 / 否 | 包括氢气阳性、甲烷阳性和混合阳性表型 |
| Severity_High | 高腹胀严重程度标志 | 1 / 0 | 1 = 腹胀严重程度 ≥7；0 = 腹胀严重程度 <7 |
| 技术有效检测 | 存在基础样本、成功摄入乳果糖，并采集了所有计划的乳果糖后样本 | 是 / 否 | 最终分析所必需 |
| 无效检测 | 乳果糖摄入不完全、发生呕吐、关键样本缺失或分析仪故障 | 排除原因 | 从分析中排除 |
表1：变量定义、诊断阈值和表型分配规则。 用于参与者分类、数据集构建和统计分析的定义、编码方案、测量单位、衍生变量、诊断阈值、质量控制变量及表型分配标准。
测试前准备
所有参与者在测试前均接受了相同的书面和口头指导。测试前24小时，参与者需遵循低发酵饮食，仅食用白米饭、鸡蛋、无调味的鸡肉或鱼肉、清汤、水以及无糖非碳酸茶。在此期间禁止摄入豆类、全谷物、乳制品、水果、果汁、洋葱、大蒜、卷心菜、酒精、碳酸饮料、纤维补充剂以及含糖醇的产品。随后，参与者在样本采集前需禁食8–12小时。测试当天早晨，禁止吸烟、咀嚼口香糖、剧烈运动以及在采样期间睡觉。在采集基础呼气样本前，参与者需用清水漱口，并静坐10分钟。测试开始前，临床工作人员通过结构化访谈，核实每位参与者是否严格遵守了24小时饮食限制、8–12小时的夜间禁食以及研究入组标准中规定的药物洗脱程序。任何无法安全中断的药物均被记录在案。这些分析前控制措施已实现标准化，以减少背景气体的变异性，并提高参与者之间的可比性8。
乳果糖氢-甲烷呼气测试操作流程
呼气测试于早晨进行，受试者取坐位，使用可检测呼出气体中氢气（H2）、甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO2）浓度的数字呼气分析仪。为确保测量准确性，分析仪每日使用标准化校准气体混合物，按照制造商说明进行校准。通过设备内置的肺泡 CO2 校正方法验证合格的呼气样本，该方法会自动将痕量气体浓度（以百万分之一，ppm 表示）进行调整，以校正呼气过程中可能混入的室内空气稀释效应。所有操作均由经过培训的临床工作人员完成。本研究中使用的分析仪、校准气体、采样配件及乳果糖底物详见材料表。
在0分钟时采集呼气末基线样本。随后，每位受试者在2分钟内摄入10 g乳果糖，溶于200 mL室温水中。在摄入乳果糖后的30、60、90和120分钟分别再次采集呼气末呼吸样本。选择30分钟的采样间隔是为了在常规门诊临床工作流程中平衡操作可行性和受试者依从性。然而，与某些共识指南推荐的15分钟间隔相比，该较宽的采样时间表构成了一项方法学局限，可能无法捕捉到早期或短暂的气体升高。
在每个时间点，受试者正常吸入空气，屏住呼吸5秒，然后将气体完全呼出至采集系统，以获得呼气末样本。在测试期间，禁止进食、吸烟、咀嚼口香糖、不必要的走动和睡眠。若发生咳嗽、呼气中断或明显样本泄漏，则需立即重新采集样本。
呼气测试的时间线如图1所示。所有参与者在各个采样时间点的原始H2和CH4数值均已公开，可在Zenodo数据库中获取（DOI: 10.5281/zenodo.20578413）。
呼吸试验结果解读与表型分配
呼吸试验的判读标准在临床比较前已预先定义。小肠细菌过度生长（SIBO）定义为呼出氢气（H₂）水平升高。2 在摄入乳果糖后90分钟内氢气浓度较基线升高至少20 ppm。肠道产甲烷菌过度生长（IMO）定义为检测过程中任意时间点甲烷（CH₄）浓度达到或超过10 ppm。上述定义及诊断阈值均依据北美共识指南执行。当受试者氢气（H₂）浓度满足上述标准时，被归类为氢气阳性2 达到SIBO标准且所有记录时间点的CH₄均低于10 ppm。当达到IMO标准但未达到SIBO的氢气标准时，参与者被分类为甲烷阳性。当氢气和甲烷标准均满足时，参与者被分类为混合阳性。2 criterion 和 CH₄ criterion 均被满足。当两个标准均未满足时，参与者被分类为阴性。这些阈值在整个队列中统一应用，未进行事后修改。数据集中使用的分类规则总结于表1。14重要的是，乳果糖呼气试验存在公认的局限性。由于乳果糖可能加速口-盲肠通过时间并促使结肠发酵提前发生，部分个体可能出现假阳性呼气试验结果；因此，呼气试验阳性应被解读为本研究背景下的标准化表型分类，而非小肠细菌过度生长的明确微生物学证实。
测试有效性、数据采集与质量控制
仅当满足以下所有条件时，呼吸测试才被视为技术上有效：具有基线样本、成功摄入乳果糖、在摄入乳果糖后120分钟内完成所有预定时间点的样本采集，且无重大方案偏离以致影响结果判读。若乳果糖摄入不完全、受试者在检测过程中发生呕吐、受试者在90分钟样本采集前退出试验，或因设备故障导致无法获得可靠测量结果，则该测试将被排除。原始气体数值直接按记录录入研究数据库，未进行插值、平滑处理或人工曲线校正。在分析数据集中，每位受试者占一行，每个采样时间点均有指定的H2和CH₄数据字段。分组判定严格依据预先设定的判读标准生成，并随后与原始气体曲线进行核对验证。在数据库锁定前，已预先设定关键变量的合理范围检查，任何超出范围的数值均需进行源数据核实。为支持研究可重复性，去标识化的研究数据集及变量字典已公开发布于Zenodo数据库15。
临床表型与统计学分析
参与者被分为四类表型组：阴性、氢阳性、甲烷阳性和混合阳性。主要临床结局为采用0–10数字评分量表（NRS）测量的腹胀严重程度。次要变量包括腹痛严重程度、症状持续时间、排便频率、便秘相关特征及肠习惯亚型。若在临床评估期间记录到以下任一情况，则认为存在便秘相关特征：每周自发排便少于三次、排便费力、粪便干硬或排便不尽感。连续变量若近似呈正态分布，则以均值±标准差（SD）表示；若呈非正态分布，则以中位数及四分位间距（IQR）表示。分类变量以频数和比例表示。
主要比较分析了呼气试验阳性与阴性受试者之间的差异。次要分析则比较了四种表型组别。对于两组之间的比较，根据情况采用独立样本t检验或Mann–Whitney U检验分析连续变量。对于四种表型组别之间的比较，连续变量采用单因素方差分析（ANOVA）或Kruskal–Wallis检验进行分析。分类变量采用卡方检验或Fisher精确检验进行分析。连续变量的正态性通过Shapiro–Wilk检验结合Q–Q图的视觉检查进行评估。对于四种表型组别之间的比较，统计推断主要基于整体性ANOVA或Kruskal–Wallis检验。在适当时，采用Bonferroni校正以控制多重比较。所有统计分析均使用SPSS Statistics 27.0版完成。所有统计检验均为双侧检验，P < 0.05被认为具有统计学意义。本研究全程采用无创双气体检测方案，因为研究目标是在标准化的临床工作流程中实现可重复的门诊患者表型特征刻画，而不仅仅依赖有创的培养法确认。
结果
研究人群与呼气试验表型分类
在招募期间，共有118名表现为功能性腹胀的成年门诊患者连续接受入组资格筛查。其中，28例在最终分析前被排除：15例不符合严格的症状持续时间标准，8例拒绝参与，5例因呼气试验无效（例如乳果糖摄入不完全）或试验前方案偏离而被排除。因此，最终共有90名受试者纳入分析。所有纳入的受试者均完成了标准化的乳果糖氢–甲烷呼气检测流程，并在120分钟内获得了技术上有效的基线及预定的乳果糖后呼气样本。
根据预定义的分类标准，90名参与者中有42名（46.7%）的呼气试验总体结果为阳性，而48名（53.3%）被归类为阴性。在呼气试验结果为阳性的参与者中，24名（26.7%）被归类为氢气阳性，12名（13.3%）为甲烷阳性，6名（6.7%）为混合阳性。参与者的流程及检测工作流程见图1。呼气试验表型的分布情况如图2所示。完整的参与者层面呼气试验数据集，包括所有原始氢气和甲烷测量值，已公开发布在Zenodo数据库中。
图 2。研究队列中呼气试验表型的分布情况。柱状图显示了根据预定义的判读标准归类至各呼气试验表型的参与者数量及百分比。在90名参与者中，48名（53.3%）被归类为阴性，24名（26.7%）为氢气阳性，12名（13.3%）为甲烷阳性，6名（6.7%）为混合阳性。每根柱子上方的数值表示相应的参与者数量及其百分比。请点击此处查看该图的放大版本。
基线人口统计学和临床特征
基线人口统计学和临床特征总结见表2。阴性组的平均年龄为40.2 ± 11.4岁，总体阳性组为41.8 ± 11.0岁。阴性组的平均BMI为23.4 ± 3.8 kg/m2，阳性组为23.6 ± 3.7 kg/m2。两组间的症状持续时间相似。性别分布也在阴性组和阳性组之间具有可比性。
| 变量 | 阴性 (n = 48) | 总体阳性 (n = 42) | P 值 |
| 年龄，年 | 40.2 ± 11.4 | 41.8 ± 11.0 | 0.549 |
| 女性，n (%) | 27 (56.3) | 26 (61.9) | 0.742 |
| BMI，kg/m² | 23.4 ± 3.8 | 23.6 ± 3.7 | 0.926 |
| 症状持续时间，月 | 13.0 (9.8–17.0) | 13.5 (9.0–18.5) | 0.926 |
| 腹胀严重程度（NRS，0–10） | 5.9 ± 1.7 | 7.5 ± 1.2 | <0.001 |
| 腹痛严重程度（NRS，0–10） | 2.9 ± 1.9 | 4.1 ± 2.1 | 0.012 |
| 便秘评分（0–3） | 0.7 ± 0.7 | 1.5 ± 0.9 | <0.001 |
| 腹泻评分（0–3） | 0.5 ± 0.6 | 0.9 ± 0.7 | 0.01 |
| 高腹胀严重程度（NRS ≥7），n (%) | 12 (25.0) | 29 (69.0) | <0.001 |
| 临床亚型分布，n (%) | |||
| 临床亚型 | 阴性 (n = 48) | 总体阳性 (n = 42) | 临床亚型分布的总体比较：P = 0.68 |
| 功能性腹胀 | 27 (56.3) | 22 (52.4) | |
| IBS-C | 8 (16.7) | 5 (11.9) | |
| IBS-D | 8 (16.7) | 6 (14.3) | |
| IBS-M | 5 (10.4) | 9 (21.4) | |
表2：根据整体呼气试验状态划分的基线人口统计学和临床特征。 比较呼气试验结果为阴性与任何呼气试验表型为阳性的参与者之间的人口统计学特征、症状指标、排便习惯特征以及临床亚型分布。连续变量根据情况以均值±标准差（SD）或中位数（四分位距[IQR]）表示。分类变量以数量（%）表示。P值代表阴性组与总体阳性组之间的比较结果。
相比之下，各组之间的症状负担存在显著差异。阴性组的平均腹胀严重程度为 5.9 ± 1.7，而总体阳性组为 7.5 ± 1.2（P < 0.001）。阳性组的平均腹痛严重程度也高于阴性组（4.1 ± 2.1 vs. 2.9 ± 1.9；P = 0.012）。同样，阳性组的平均便秘评分（1.5 ± 0.9 vs. 0.7 ± 0.7；P < 0.001）和平均腹泻评分（0.9 ± 0.7 vs. 0.5 ± 0.6；P = 0.010）均显著更高。
呼气试验气体谱
不同表型的呼气试验气体参数总结于表3，代表性气体产生模式见图3。在阴性组中，0–90分钟内的平均氢气峰值为18.3 ± 5.5 ppm，平均较基线升高氢气浓度为11.3 ± 3.2 ppm。0–120分钟内的平均甲烷峰值为7.0 ± 2.2 ppm（图3A）。
| 变量 | 阴性 (n = 48) | 氢阳性 (n = 24) | 甲烷阳性 (n = 12) | 混合阳性 (n = 6) | P 值 |
| 年龄，年 | 40.2 ± 11.4 | 41.0 ± 11.2 | 43.9 ± 12.4 | 40.3 ± 8.1 | 0.839 |
| BMI，kg/m² | 23.4 ± 3.8 | 23.7 ± 3.8 | 24.3 ± 4.2 | 22.9 ± 3.4 | 0.921 |
| 症状持续时间，月 | 13.0 (9.8–17.0) | 13.0 (9.0–16.0) | 10.0 (8.5–21.0) | 14.5 (11.5–16.8) | 0.767 |
| 腹胀严重程度（NRS，0–10） | 5.9 ± 1.7 | 7.7 ± 1.2 | 6.9 ± 1.2 | 8.0 ± 1.4 | <0.001 |
| 腹痛严重程度（NRS，0–10） | 2.9 ± 1.9 | 4.5 ± 2.1 | 3.0 ± 1.5 | 4.0 ± 1.4 | 0.012 |
| 便秘评分（0–3） | 0.7 ± 0.7 | 1.3 ± 0.9 | 1.8 ± 1.0 | 1.5 ± 0.8 | <0.001 |
| 腹泻评分（0–3） | 0.5 ± 0.6 | 1.0 ± 0.7 | 0.7 ± 0.7 | 0.8 ± 0.8 | 0.025 |
| 0–90 分钟内氢气峰值（ppm） | 18.3 ± 5.5 | 45.2 ± 8.9 | 15.6 ± 5.2 | 45.3 ± 6.4 | <0.001 |
| 0–90 分钟内ΔH₂（ppm） | 11.3 ± 3.2 | 34.3 ± 6.6 | 8.8 ± 3.7 | 31.8 ± 5.2 | <0.001 |
| 0–120 分钟内CH₄峰值（ppm） | 7.0 ± 2.2 | 5.7 ± 2.4 | 16.1 ± 2.9 | 16.5 ± 4.5 | <0.001 |
| 高腹胀严重程度（NRS ≥7），n (%) | 12 (25.0) | 17 (70.8) | 8 (66.7) | 4 (66.7) | <0.001 |
表3：不同呼气试验表型的呼气试验参数与临床特征。 根据预定义的呼气试验判读标准，将受试者分为阴性、氢气阳性、甲烷阳性和混合阳性组，比较各组的人口学特征、症状评分及呼气试验参数。连续变量根据情况以均值±标准差（SD）或中位数（四分位距[IQR]）表示。分类变量以例数（%）表示。P值代表四组表型之间的总体比较。对于正态分布的连续变量，采用单因素方差分析（ANOVA）进行统计学显著性检验；对于非正态分布的连续变量，采用Kruskal-Wallis检验；对于分类变量，根据情况采用Pearson卡方检验或Fisher精确检验。除非另有说明，P值反映的是整体组间比较，不应解读为特定表型组之间存在统计学显著性差异的证据。
图 3。不同表型的代表性氢-甲烷呼气试验模式。 代表性呼气试验曲线，显示乳果糖摄入后 0、30、60、90 和 120 分钟时测得的呼出氢气（H2）和甲烷（CH₄）浓度。 （A）阴性表型，即未达到氢气标准也未达到甲烷标准。 （B）氢气阳性表型，其特征是在 90 分钟内氢气浓度较基线升高 ≥20 ppm，而整个检测过程中甲烷浓度始终 <10 ppm。 （C）甲烷阳性表型，其特征是甲烷浓度 ≥10 ppm，但未达到氢气升高标准。水平线表示甲烷诊断阈值（10 ppm）。 （D）混合阳性表型，同时满足氢气升高标准（ΔH2 ≥ 20 ppm，90 分钟内）和甲烷标准（CH₄ ≥ 10 ppm）。水平线表示甲烷诊断阈值。 氢气和甲烷浓度以百万分之一（ppm）表示。 请点击此处查看该图的放大版本。
在产氢阳性组中，0–90 分钟内的平均峰值氢浓度为 45.2 ± 8.9 ppm，平均氢浓度较基线上升了 34.3 ± 6.6 ppm。该组的平均峰值甲烷浓度为 5.7 ± 2.4 ppm（图 3B）。
在甲烷阳性组中，0–90 分钟内的平均氢气峰值为 15.6 ± 5.2 ppm，平均氢气上升值为 8.8 ± 3.7 ppm，而平均甲烷峰值为 16.1 ± 2.9 ppm（图 3C）。
在混合阳性组中，0–90 分钟内的平均峰值氢气值为 45.3 ± 6.4 ppm，平均氢气上升值为 31.8 ± 5.2 ppm，平均峰值甲烷值为 16.5 ± 4.5 ppm（图 3D）。
根据预定义的分类阈值，对受试者水平的氢气升高和甲烷峰值进行分离的结果如图4所示。
图 4。根据呼气试验表型确定的受试者个体气体参数。 散点图显示了乳果糖摄入后90分钟内氢气上升值（ΔH2，x轴）和检测期间甲烷峰值浓度（CH₄，y轴）的个体受试者数据。每个符号代表一名受试者，并根据最终表型分类进行颜色编码。垂直虚线表示氢气诊断阈值（90分钟内ΔH2 ≥ 20 ppm），水平虚线表示甲烷诊断阈值（CH₄ ≥ 10 ppm）。象限分别对应预定义的阴性、氢阳性、甲烷阳性和混合阳性的表型。请点击此处查看该图的放大版本。
四种呼气试验表型的比较
表型特异性的临床比较总结见表3。阴性组的平均年龄为40.2 ± 11.4岁，氢气阳性组为41.0 ± 11.2岁，甲烷阳性组为43.9 ± 12.4岁，混合阳性组为40.3 ± 8.1岁。平均BMI分别为23.4 ± 3.8 kg/m2、23.7 ± 3.8 kg/m2、24.3 ± 4.2 kg/m2和22.9 ± 3.4 kg/m2。症状持续时间在阴性组、氢气阳性组、甲烷阳性组和混合阳性组中分别为13.0（9.8–17.0）、13.0（9.0–16.0）、10.0（8.5–21.0）和14.5（11.5–16.8）个月。
四种表型在主要症状指标上表现出显著差异。腹胀严重程度的平均值在阴性组中为5.9 ± 1.7，氢阳性组中为7.7 ± 1.2，甲烷阳性组中为6.9 ± 1.2，混合阳性组中为8.0 ± 1.4（P < 0.001；图5A）。腹痛严重程度的平均值分别为2.9 ± 1.9、4.5 ± 2.1、3.0 ± 1.5和4.0 ± 1.4（P = 0.012；图5B）。此外，便秘评分的平均值（分别为0.7 ± 0.7、1.3 ± 0.9、1.8 ± 1.0和1.5 ± 0.8）和腹泻评分的平均值（分别为0.5 ± 0.6、1.0 ± 0.7、0.7 ± 0.7和0.8 ± 0.8）也存在显著差异（P < 0.001；图5C；P = 0.025；图5D）。
图5．不同呼气试验表型间的症状负担比较。箱须图展示了被分类为阴性、氢气阳性、甲烷阳性和混合阳性的受试者之间的症状指标比较。 (A) 腹胀严重程度评分（0–10 数值评分量表 [NRS]）。 (B) 腹痛严重程度评分（0–10 NRS）。 (C) 便秘评分（0–3）。 (D) 腹泻评分（0–3）。 方框表示四分位距（IQR），中心线表示中位数，须线表示剔除离群值后的最小值和最大值，单个点表示个体受试者的观测值。星号表示经统计分析定义的组间差异具有统计学意义。请点击此处查看该图的放大版本。
腹胀严重程度较高（定义为评分≥7）在阴性组48名参与者中有12名（25.0%），氢气阳性组24名中有17名（70.8%），甲烷阳性组12名中有8名（66.7%），混合阳性组6名中有4名（66.7%）。
统计学比较
在总体呼气试验阳性与阴性结果的主要比较中，年龄、体重指数（BMI）、症状持续时间、性别或临床亚型的整体分布均未观察到具有统计学意义的差异（P = 0.68）。腹胀严重程度（P < 0.001）、腹痛严重程度（P = 0.012）、便秘评分（P < 0.001）、腹泻评分（P = 0.010）以及腹胀严重程度较高的受试者比例（P < 0.001）则观察到具有统计学意义的差异。
在四组比较中，不同表型之间的年龄、BMI 或症状持续时间均未观察到具有统计学意义的差异。各组之间在腹胀严重程度（P < 0.001）、腹痛严重程度（P = 0.012）、便秘评分（P < 0.001）、腹泻评分（P = 0.025）、90 分钟内氢气上升幅度（P < 0.001）以及检测期间甲烷峰值浓度（P < 0.001）方面均观察到显著差异。
数据可用性：
去标识化的参与者水平数据集，包括原始氢气和甲烷呼气测试测量值、症状变量、表型分类及变量定义，已公开存放在Zenodo知识库中，网址为 https://doi.org/10.5281/zenodo.20578413。该知识库还包含研究数据字典及支持性分析文档。
讨论
在这一功能性腹胀患者队列中，乳果糖氢-甲烷呼气试验识别出具有临床可区分的产气表型。近一半队列患者的呼气试验结果为阳性，且阳性结果参与者的整体症状负担高于阴性结果者，尤其体现在腹胀严重程度和肠道相关症状评分方面。当进一步将阳性病例分为氢阳性、甲烷阳性和混合阳性表型时，所观察到的差异不仅限于呼气气体的测量结果，还反映在临床特征上。这些发现提示，在此背景下，呼气试验结果可能提供了超越简单二元实验室分类的临床信息。相反，这些结果似乎捕捉到了与具有广泛腹胀主诉的患者之间症状表现相平行的、具有临床意义的变异。就此而言，本研究结果支持以下观点：功能性腹胀不应被视为一种单一的临床表现，仅基于症状的分类可能无法充分反映该人群内部的异质性16。
另一个显著的观察结果与氢气相关表型有关。在本数据集中，被归类为氢气阳性或混合阳性的受试者比阴性组报告了更严重的腹胀症状，且混合阳性组总体上仍是症状最显著的表型之一。相比之下，年龄和体重指数等人口学特征在各组之间通常相似。这一模式表明，所观察到的差异与临床症状负担的关联性更强，而非源于人口学特征的差异。功能性腹胀患者常具有重叠的人口学特征和肠道相关症状；然而，在症状严重程度和日常临床影响方面仍可能存在显著差异。本研究结果提示，双气体呼气试验可能有助于将这一广泛症状人群细分为更小且潜在更具临床信息价值的表型亚组。该解释与已有研究一致，即微生物群相关发酵是功能性腹胀的一个具有临床意义的组成部分，尽管其不太可能完全解释该疾病的全部复杂性1,3。因此，本研究结果并不意味着呼气试验能够完全解释该综合征；而是表明，基于呼气试验的表型可能为描述功能性腹胀患者群体内症状异质性提供具有临床实用价值的信息。
与甲烷相关的研究结果在趋势上也具有一致性，值得单独考虑。本研究中，甲烷阳性及混合阳性受试者相较于阴性组更倾向于出现便秘，且甲烷阳性表型相较于氢气阳性表型表现出更明显的以便秘为主导的特征。这一模式在甲烷相关组别的便秘评分以及整体排便习惯倾向中均有体现。尽管混合阳性组的样本量小于其他表型组，其临床特征仍总体上与甲烷相关表型的整体模式保持一致。这些发现与汇总证据相符，表明肠道产甲烷菌过度生长通常与腹胀、便秘、腹部不适及重叠性肠道症状相关，而非单一孤立的症状表现3。研究结果也与既往发现一致，即肠道产甲烷菌过度生长与小肠和结肠传输延迟相关，为本队列中甲烷相关表型所观察到的便秘信号提供了合理的生理学解释9。综上所述，这些发现本身尚不足以确立因果机制关系；然而，它们提示在本数据集中，甲烷相关呼气试验阳性并非在不同症状模式中随机分布。
目前的研究结果对功能性腹胀患者临床应用呼气试验也具有实际意义。在许多门诊环境中，呼气试验结果主要被解读为阳性或阴性，较少关注以氢气为主、以甲烷为主或混合型模式是否对应不同的症状组合。当前的数据表明，这种以更广泛表型为导向的解读方式可能比单纯的阳性与阴性框架提供更多信息。在本队列中，双气体阳性结果总体上与更重的症状负担相关，而与甲烷相关的表型表现出更明显的便秘为主特征，与氢气相关的表型则表现出更广泛的气体相关症状模式。这并不意味着呼气试验应被视为症状的独立解释依据，也不意味着每位有症状的患者都需要相同的诊断路径。然而，在标准化操作方案下进行并依据预设阈值进行解读时，联合氢气-甲烷呼气试验可能提供超越单纯检测结果阳性或阴性之外的临床相关信息。在这方面，本研究支持将联合氢气-甲烷呼气试验作为表型分型工具，而不仅仅作为二元筛查手段17。
解释这些研究结果时应考虑若干局限性。首先，本研究为单中心横断面研究，样本量中等，因此结果主要应视为临床特征描述，而非关于机制、时间稳定性或因果关系的确凿证据。其次，症状变量基于受试者自报结果，因此反映的是感知的临床负担，而非直接的生理严重程度。第三，尽管研究方案已标准化，数据集结构也支持可重复性，但本研究未纳入其他生理学评估，如传输试验、腹壁运动评估或并行的微生物分析。因此，所观察到的表型应被理解为基于气体谱的临床分类，而非全面的机制性内型。第四，功能性腹胀可能由双气体呼气试验未能直接捕捉到的机制引起，包括内脏-躯体异常反应，如腹膈不协调4。因此，阴性呼气试验结果不应被解读为症状轻微、临床意义不显著或机制简单的证据。最后，本研究采用的是无创性表型分析方法，而非空肠抽吸液培养；因此，研究结果不应被解释为对两种诊断方法的相互验证。此外，未在治疗干预后进行重复检测，因此无法评估呼气气体谱的动态变化是否与治疗结局相关。其他固有局限性包括可能因乳果糖口盲肠通过时间的个体差异而导致的分类错误。
未来的研究应将此项工作扩展至更大规模、最好是多中心的队列，考察这些表型随时间的稳定性，并确定基线气体模式是否与治疗反应或短期症状变化相关。有必要开展纳入重复呼气检测的前瞻性纵向研究，以评估产气表型的动态变化是否与治疗结局相对应。在可行的情况下，将双气体呼气检测与其他生理学或微生物学评估相结合也具有重要价值，尤其是在便秘相关症状明显或经标准治疗后腹胀持续存在的患者中。未来的研究还可探讨混合阳性表型是否仅代表两种基于阈值信号的重叠，还是具有独特临床进程的亚组。由于呼气检测与基于培养的方法不可互换，且针对的临床问题并不完全相同，未来的研究方向更应聚焦于明确可重复的表型分型如何改善常规临床实践中患者的分层管理，而非将所有比较简化为单一的“金标准”框架18。目前这项探索性横断面研究的结果提示，乳果糖氢-甲烷呼气检测可能作为一种潜在的表型分型方法，用于表征功能性腹胀患者症状的异质性，但尚需前瞻性纵向研究验证其确切的临床应用价值。
披露
利益冲突：
作者声明无利益冲突。
致谢
作者谨向山东第二医科大学临床医学院、菏泽市第三人民医院以及山东第一医科大学附属中心医院医疗保健科表示诚挚的感谢，感谢各单位在本研究过程中提供的行政与临床支持。作者同时感谢参与本研究的临床工作人员及门诊患者，正是由于他们的参与，乳果糖氢-甲烷呼气试验及数据收集工作才得以顺利进行。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| BreathTracker SC 数字呼吸分析仪（230–240 V / 50 Hz | QuinTron 仪器公司 | QT05001-M | 用于测量呼出氢气（H₂）的数字呼吸分析仪2），甲烷（CH4），以及二氧化碳（CO₂2) 在乳果糖氢检测期间–甲烷呼气检测。230–研究现场采用 240 V / 50 Hz 配置。 |
| BreathTracker 分析仪校准气体 | QuinTron Instrument Company | QT07500-G | 根据制造商要求用于分析仪每日校准的标准校准气体混合物’在参与者测试前阅读说明。 |
| QuinGas 调压器和压力表 | QuinTron Instrument Company | QT02772 | 用于每日校准过程中将QuinGas校准气瓶连接至BreathTracker分析仪的调节器和压力表。 |
| AlveoSampler 采样套件，无底物 | QuinTron Instrument Company | QT00827-P | 用于获取可接受的单个患者呼出末/肺泡呼吸样本的呼吸采集套件，以进行 H2, CH4，和 CO2 测量 |
| 一次性塑料吹嘴，20 mm | QuinTron Instrument Company | QT00991-P | 一次性吹嘴，与呼气采样装置配合使用，用于保障受试者卫生及样本采集。 |
| 乳果糖口服溶液/糖浆，临床级 | 医院药房或经批准的临床供应商 | N/A；10 g 临床剂量 | 呼气试验底物。每位受试者在2分钟内摄入10 g乳果糖，溶于200 mL室温水中。如需，应在现场源文件中保留产品注册编号和批号/批次编号。 |
| 室温水 | 医院供应 | N/A | 用于配制乳果糖-水溶液；其中200 mL溶液含有10 g乳果糖。 |
| 硼硅酸盐玻璃烧杯，250 mL | Fisherbrand | FB100250 | 用于给药前乳果糖-水溶液的配制。 |
| 200 mL 量筒或量杯 | 医院供应或 Fisherbrand 等效产品 | N/A | 用于量取200 mL水以标准化制备乳果糖底物溶液。 |
| 数字实验室计时器 | Fisherbrand Traceable | S94842 | 用于确定基线及乳果糖干预后 0、30、60、90 和 120 分钟的采样时间点。 |
| 腈类检查手套 | Kimtech / Ansell 通过 Fisher Scientific 公司 | S78944 | 用于呼吸检测过程中的样本处理、受试者接触卫生以及设备配件的 handling。 |
| 清水与一次性漱口杯 | 医院供应 | N/A | 用于受试者在基线呼吸样本采集前的漱口。 |
| 结构化参与者筛选清单 | 作者提供；济南市中心医院 | LHMBT-筛选-v1.0 | 用于记录测试前的罗马IV症状持续时间标准、排除标准、药物洗脱期、饮食限制、禁食依从性及知情同意状态。 |
| 结构化病例报告表 | 作者提供；济南中心医院 | LHMBT-CRF-v1.0 | 用于记录年龄、性别、身高、体重、BMI、症状持续时间、腹胀严重程度、腹痛严重程度、排便习惯亚型、排便频率及便秘相关特征。 |
| 试验前饮食与药物洗脱指导说明 | 作者提供；济南市中心医院 | LHMBT-预测试说明-v1.0 | 涵盖24小时低发酵饮食的书面和口头参与者指导，8–12小时过夜禁食、服药限制，以及在测试期间避免吸烟、咀嚼口香糖、运动和睡眠。 |
| 原始呼吸气体记录工作表 | 作者提供；济南市中心医院 | LHMBT-气体-工作表-v1.0 | 用于进入 H2 和 CH4 0、30、60、90 和 120 分钟时的数值均按实际记录值呈现，未经插值、平滑处理或手动曲线校正。 |
| IBM SPSS Statistics | IBM 公司 | 版本 27.0 | 用于 Shapiro 的统计软件–Wilk 正态性检验、t 检验或 Mann–威尔科克森U检验，方差分析或克鲁斯卡尔–Wallis 检验，卡方检验，Fisher’精确检验，以及在适当时进行邦弗罗尼校正的比较。 |
| Zenodo 仓库 | Zenodo / CERN | DOI: 10.5281/zenodo.20578413 | 公开存储库，包含去标识化的参与者水平数据集、氢气和甲烷呼气测试原始测量值、症状变量、表型分类、变量字典及支持性分析文档。 |
| 变量字典与分析代码本 | 作者提供 | DOI: 10.5281/zenodo.20578413 | 描述研究变量、编码规则、诊断阈值、质量控制变量及表型分配标准的文档。 |
| 锁定分析数据集 | 作者提供 | DOI: 10.5281/zenodo.20578413 | 最终去标识化分析数据集，用于报告中的临床比较，并已连同支持性文件一并存档。 |