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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。