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Diese Querschnittsbeobachtungsstudie wurde gemäß der Helsinkier Erklärung durchgeführt und vom Ethikausschuss des Zentralkrankenhauses Jinan genehmigt (Genehmigung Nr. 20250120022). Alle Verfahren mit menschlichen Teilnehmern wurden vor Studienbeginn überprüft und genehmigt. Vor der Einschreibung wurde von allen Teilnehmern eine schriftliche informierte Zustimmung eingeholt.
Erwachsene ambulante Patienten, die mit funktioneller Blähung (FB) als Hauptbeschwerde in die gastroenterologische Klinik kamen, wurden nacheinander auf die Teilnahme an der Studie untersucht. Funktionelle Blähungen wurden gemäß den Rome-IV-Kriterien definiert als wiederkehrende Bauchblähungen oder -dehnungen, die im Durchschnitt mindestens einen Tag pro Woche in den vorangegangenen 3 Monaten auftreten, wobei die Symptome mindestens 6 Monate vor der Diagnose auftreten. Eine umfassende klinische Ausschlussuntersuchung, einschließlich routinemäßiger Labortests, abdominaler Bildgebung und endoskopischer Untersuchung, wenn klinisch induziert, wurde durchgeführt, um strukturelle oder metabolische Ursachen der Symptome auszuschließen. Teilnehmer, die die diagnostischen Kriterien für überlappende Reizdarmsyndrom-(IBS)-Subtypen (IBS-C, IBS-D oder IBS-M) erfüllten, durften teilnehmen und wurden prospektiv nach Subtyp klassifiziert, sofern Blähungen weiterhin ihre vorherrschende und lästigste Symptome bleiben.
Um störende Effekte auf das Ausgangsprofil von Atemgasen zu minimieren, wurden Teilnehmer mit unkontrolliertem Diabetes, vorherigen größeren gastrointestinalen Operationen oder schwerer refraktärer Verstopfung, die tägliche medizinische Intervention erforderte, ausgeschlossen. Zusätzlich wurde ein standardisiertes Medikamentenauswaschungsprotokoll vor dem Test eingeführt. Systemische Antibiotika und Probiotika wurden innerhalb von 4 Wochen vor der Untersuchung verboten, während Prokinetika, Abführmittel, Opioide und Protonenpumpenhemmer mindestens eine Woche vor dem Eingriff verzichtet wurden.
Die Teilnehmerrekrutierung erfolgte zwischen Februar 2025 und Dezember 2025 in der ambulanten gastroenterologischen Klinik des Jinan Zentralkrankenhauses. Geeignete symptomatische Erwachsene wurden ohne zusätzliche willkürliche Auswahlkriterien nacheinander eingeschrieben, um einen Selektionsfehler zu minimieren. Der gesamte Studienablauf ist in Abbildung 11 dargestellt.
Abbildung 1. Studiendesign und Laktulose-Wasserstoff-Methan-Atemtest-Workflow. Erwachsene ambulante Patienten mit funktioneller Blähung wurden auf ihre Berechtigung untersucht und nach schriftlicher informierter Einwilligung aufgenommen. Vor der Untersuchung wurden demografische und klinische Basisvariablen erfasst. Die Teilnehmer unterzogen sich einer standardisierten Pre-Test-Vorbereitung, bestehend aus einer 24-stündigen Niedrigfermentationsdiät und einem 8–12-stündigen Übernachtfasten. Der Laktulose-Wasserstoff-Methan-Atemtest (LHMBT) wurde nach der Aufnahme von 10 g Laktulose gelöst in 200 ml Wasser durchgeführt, wobei am Ende exspiratorische Atemproben bei 0, 30, 60, 90 und 120 Minuten entnommen wurden. Die Ergebnisse der Atemtests wurden anhand vordefinierter Wasserstoff- und Methankriterien interpretiert und die Teilnehmer wurden als negativ, wasserstoffpositiv, methangpositiv oder gemischt-positiv klassifiziert. Anschließend wurden klinische Symptomvergleiche und phänotypspezifische Analysen durchgeführt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
Studienpopulation, Eignung und Ausgangsbewertung
Berechtigte Teilnehmer waren Erwachsene im Alter von 18 bis 65 Jahren, die mit wiederkehrendem oder anhaltendem Blähungen über mehr als 3 Monate auftraten, wobei die Symptome mindestens 6 Monate vor der Einschreibung eintraten. Diese Anforderungen an temporale Symptome wurden ausgewählt, um mit dem Rome IV Diagnoserahmen für funktionelle Darmerkrankungen übereinzustimmen. Die Teilnehmer mussten außerdem in der Lage sein, sowohl die Symptomdiagnostik als auch das serielle Atemtestverfahren durchzuführen. Teilnehmer wurden ausgeschlossen, wenn sie eine entzündliche Darmerkrankung, Zöliakie, Magen-Darm-Malignität, Darmverschluss, eine vorherige signifikante Dünndarm- oder Darmresektion, dekompensierte Lebererkrankung, Schwangerschaft, akute infektiöse Gastroenteritis in den letzten 4 Wochen, systemische Antibiotikexposition in den vorherigen 4 Wochen, Koloskopie-Darmvorbereitung in den vorangegangenen 2 Wochen oder Unfähigkeit zur Einhaltung der Vor-Test-Ernährungs- und Fastenanweisungen hatten.
Alter, Geschlecht, Körpergröße, Gewicht, Body-Mass-Index (BMI), Symptomdauer, Schwere der Blähungen, Schwere der Bauchschmerzen, durchschnittliche Anzahl spontaner Stuhlgänge pro Woche und klinischer Subtyp basierend auf dem Stuhlmuster (funktionelle Blähungen, IBS-C, IBS-D oder IBS-M) wurden prospektiv bei der Einschreibung mittels eines strukturierten Fallberichts erfasst. Die Schwere von Blähungen und Bauchschmerzen wurden mit einer numerischen Bewertungsskala (NRS) von 0 bis 10 bewertet, wobei 0 keine Symptome und 10 die schwersten Symptome anzeigte. Die Stuhlhäufigkeit wurde als die durchschnittliche Anzahl spontaner Stuhlgänge pro Woche in den vorangegangenen 4 Wochen definiert. Die Studienvariablen und die entsprechenden Codierungsregeln sind in Tabelle 16 zusammengefasst.
| Variable / Term | Definition | Codierung / Einheit | Anmerkungen |
| Funktionelles Blähungen (FB) | Wiederholende oder anhaltende lästige Bauchblähungen ohne festgestellte strukturelle gastrointestinale Erkrankung bei routinemäßiger Untersuchung | Inklusionsvariable | Erforderlich für die Einschreibung |
| Laktulose-Wasserstoff-Methan-Atemtest (LHMBT) | Standardisierter, laktulosebasierter Doppelgas-Atemtest zur Messung von ausgeatmetem Wasserstoff und Methan | Vorgehen | Hauptprüfung |
| Alter | Alter bei der Einschreibung | Jahre | Kontinuierlich |
| Geschlecht | Biologisches Geschlecht bei der Einschreibung erfasst | Männlich / Weiblich | Kategorisch |
| Body-Mass-Index (BMI) | Gewicht geteilt durch Höhe zum Quadrat | kg/m² | Kontinuierlich |
| Symptomdauer | Dauer der Blähungssymptome vor der Einschreibung | Monate | Kontinuierlich |
| Klinischer Subtyp | Symptombasierter Darmphänotyp, der bei der Einschreibung festgestellt wurde | Funktionelle Blähungen / IBS-C / IBS-D / IBS-M | Kategorisch |
| Schwere von Blähungen | Von Teilnehmern berichtete Schwere von Blähungen | 0–10 NRS | 0 = keine; 10 = am schwersten |
| Schwere Bauchschmerzen | Vom Teilnehmer berichtete Bauchschmerzstärke | 0–10 NRS | 0 = keine; 10 = am schwersten |
| Verstopfungswert | Zusammengesetzte Verstopfungslast | 0–3 | Höhere Punktzahl = größere Verstopfungsbelastung |
| Durchfall-Score | Zusammengesetzte Durchfallbelastung | 0–3 | Höhere Punktzahl = größere Durchfallbelastung |
| H2_0 | Ausgangspunkt ausgeatmeter Wasserstoff | ppm | Gemessen bei 0 Minuten |
| H2_30 | Ausatmendes Wasserstoffs bei 30 Minuten | ppm | Rohgasvariable Variable |
| H2_60 | Ausgeatmeter Wasserstoff bei 60 Minuten | ppm | Rohgasvariable Variable |
| H2_90 | Ausatmen von Wasserstoff nach 90 Minuten | ppm | Rohgasvariable Variable |
| H2_120 | Wasserstoff ausgeatmet bei 120 Minuten | ppm | Rohgasvariable Variable |
| CH4_0 | Ausgangspunkt ausgeatmetes Methan | ppm | Gemessen bei 0 Minuten |
| CH4_30 | Methan wurde nach 30 Minuten ausgeatmet | ppm | Rohgasvariable Variable |
| CH4_60 | Ausatmen von Methan nach 60 Minuten | ppm | Rohgasvariable Variable |
| CH4_90 | Ausatmen von Methan nach 90 Minuten | ppm | Rohgasvariable Variable |
| CH4_120 | Ausatmen von Methan nach 120 Minuten | ppm | Rohgasvariable Variable |
| Peak_H2_0_90 | Maximale Wasserstoffkonzentration beobachtet von 0–90 Minuten | ppm | Abgeleitete Variable |
| Delta_H2_0_90 | Peak_H2_0_90 minus baseline H2_0 | ppm | Abgeleitete Variable |
| Peak_CH4_0_120 | Maximale Methankonzentration beobachtet von 0–120 Minuten | ppm | Abgeleitete Variable |
| H2_Positive | Wasserstoffkriterium erfüllt | Wahr / Falsch | Abgeleitete binäre Variable |
| CH4_Positive | Methankriterium erfüllt | Wahr / Falsch | Abgeleitete binäre Variable |
| SIBO-Kriterium | Wasserstoffzunahme ≥20 ppm über dem Ausgangsstand innerhalb von 90 Minuten | Ja / Nein | Diagnostische Schwelle |
| IMO-Kriterium | Methankonzentration ≥10 ppm zu jedem Zeitpunkt der Probenahme | Ja / Nein | Diagnostische Schwelle |
| Negativer Phänotyp | Weder das SIBO- noch das IMO-Kriterium erfüllten das Kriterium | Negativ | Endgültige Klassifikationsgruppe |
| Wasserstoffpositiver Phänotyp | Das SIBO-Kriterium erfüllte und Methan blieb zu allen Zeitpunkten <10 ppm | Wasserstoffpositiv | Endgültige Klassifikationsgruppe |
| Methan-positiver Phänotyp | Meiner Meinung nach erfüllt und SIBO-Kriterium nicht erfüllt | Methan-positiv | Endgültige Klassifikationsgruppe |
| Gemischt-positiver Phänotyp | Sowohl die SIBO- als auch die IMO-Kriterien erfüllen | Gemischt positiv | Endgültige Klassifikationsgruppe |
| Overall_Positive | Jeder positive Atemtest-Phänotyp | Wahr / Falsch | Umfasst wasserstoff-, methan-positive und gemischt-positive Phänotypen |
| Severity_High | Flag mit hoher Blähungsschwere | 1 / 0 | 1 = Schwere von Blähungen ≥7; 0 = Schwere von Blähungen <7 |
| Technisch gültiger Test | Vorhandene Basisprobe, erfolgreiche Laktuloseaufnahme und alle geplanten post-laktuloseprobierten Proben | Ja / Nein | Erforderlich für die Endanalyse |
| Ungültiger Test | Unvollständige Laktuloseaufnahme, Erbrechen, fehlende kritische Proben oder Fehlfunktion des Analysators | Ausschlussgrund | Von der Analyse ausgeschlossen |
Tabelle 1: Variablendefinitionen, diagnostische Schwellenwerte und Phänotypzuweisungsregeln. Definitionen, Codierungsschemata, Messeinheiten, abgeleitete Variablen, diagnostische Schwellenwerte, Qualitätskontrollvariablen und Phänotyp-Zuweisungskriterien, die für die Teilnehmerklassifikation, den Datensatzaufbau und die statistische Analyse verwendet werden.
Vorbereitung vor dem Test
Alle Teilnehmer erhielten vor dem Test die gleichen schriftlichen und mündlichen Anweisungen. Die Teilnehmer folgten 24 Stunden vor dem Test einer eingeschränkten, niedrig fermentierten Diät, bestehend aus weißem Reis, Eiern, ungewürztem Huhn oder Fisch, klarer Brühe, Wasser und ungesüßtem, kohlensäurefreiem Tee. Bohnen, Vollkornprodukte, Milchprodukte, Obst, Fruchtsäfte, Zwiebeln, Knoblauch, Kohl, Alkohol, kohlensäurehaltige Getränke, Ballaststoffpräparate und Produkte mit Zuckeralkoholen waren in dieser Zeit verboten. Die Teilnehmer unterzogen sich anschließend 8–12 Stunden über Nacht fasten, bevor die Probenentnahme durchgeführt wurde. Am Morgen der Tests waren Rauchen, Kaugummikauen, intensive Bewegung und Schlafen während der Probenahme nicht erlaubt. Vor der Basis-Atemaufnahme spülten die Teilnehmer ihren Mund mit einfachem Wasser und blieben 10 Minuten sitzen. Unmittelbar vor den Tests überprüfte das klinische Personal die Einhaltung der 24-Stunden-Ernährungseinschränkungen, des 8–12-stündigen Übernachtfastens und der erforderlichen Medikamenten-Auswaschungsprotokolle, wie in den Kriterien der Studie beschrieben, mittels eines strukturierten Interviews. Alle Medikamente, die nicht sicher unterbrochen werden konnten, wurden dokumentiert. Diese präanalytischen Kontrollen wurden standardisiert, um die Variabilität der Hintergrundgase zu verringern und die Vergleichbarkeit zwischen den Teilnehmernzu verbessern 8.
Laktulose-Wasserstoff-Methan-Atemtestverfahren
Der Atemtest wurde morgens mit den Teilnehmern in sitzender Position mit einem digitalen Atemmesser durchgeführt, der in der Lage war, ausgeatmeten Wasserstoff (H2), Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO2) zu messen. Um die Messgenauigkeit zu gewährleisten, wurde der Analysator täglich kalibriert, bevor er mit einem standardisierten Kalibrierungsgasgemisch gemäß den Anweisungen des Herstellers getestet wurde. Zulässige Atemproben wurden mit der integrierten alveolaren CO-2-Korrekturmethode des Geräts überprüft, die automatisch die Spurengaskonzentrationen in Teilen pro Million (ppm) anpasst, um eine mögliche Luftverdünnung im Raum während des Ausatmens zu berücksichtigen. Alle Eingriffe wurden von ausgebildetem klinischem Personal durchgeführt. Der in dieser Studie verwendete Analysator, Kalibrierungsgas, Probenahmezubehör und Laktulosesubstrat sind in der Materialtabelle aufgeführt.
Eine Ausgangsprobe der end-exspiratorischen Atemprobe wurde bei 0 Minuten entnommen. Unmittelbar danach nahm jeder Teilnehmer innerhalb von 2 Minuten 10 g Laktulose auf, gelöst in 200 ml Wasser bei Raumtemperatur. Weitere End-Expiratoriatemproben wurden 30, 60, 90 und 120 Minuten nach Laktuloseaufnahme entnommen. Das 30-minütige Stichprobenintervall wurde gewählt, um die prozedurale Machbarkeit und die Einhaltung der Teilnehmer innerhalb eines routinemäßigen ambulanten klinischen Arbeitsablaufs auszubalancieren. Im Vergleich zu den von einigen Konsensrichtlinien empfohlenen 15-Minuten-Intervallen stellt dieser übergeordnete Probenahmeplan jedoch eine methodische Einschränkung dar, da er frühe oder vorübergehende Gasaufstiege möglicherweise nicht erfasst.
Zu jedem Zeitpunkt atmeten die Teilnehmer normal ein, hielten 5 Sekunden lang den Atem an und atmeten dann vollständig in das Entnahmesystem aus, um eine end-exspiratorische Probe zu erhalten. Nahrungsaufnahme, Rauchen, Kaugummikauen, unnötiges Gehen und Schlafen waren während der Testphase nicht erlaubt. Bei Husten, unterbrochenem Ausatmen oder offensichtlichem Probenauslaufen wurde die Probe sofort wieder entnommen.
Der Zeitplan für Atemtests ist in Abbildung 1 dargestellt. Rohwerte H2 und CH4 für alle Teilnehmer zu jedem Stichprobenzeitpunkt sind öffentlich im Zenodo-Repository verfügbar (DOI: 10.5281/zenodo.20578413).
Atemtest-Interpretation und Phänotyp-Zuweisung
Die Interpretationskriterien für Atemtests wurden vor dem klinischen Vergleich vordefiniert. Dünndarmbakterielles Überwuchern (SIBO) wurde definiert als ein Anstieg des ausgeatmeten H2um mindestens 20 ppm über dem Ausgangswert innerhalb von 90 Minuten nach Laktuloseaufnahme. Intestinales Methanogen-Überwuchern (IMO) wurde definiert als eine CH₄-Konzentration von mindestens 10 ppm zu jedem Zeitpunkt während des Tests. Sowohl Definitionen als auch diagnostische Schwellenwerte wurden gemäß den Richtlinien des North American Consensus angewandt. Die Teilnehmer wurden als wasserstoffpositiv klassifiziert, wenn das H2-Kriteriumfür SIBO erfüllt war und CH₄ zu allen aufgezeichneten Zeitpunkten unter 10 ppm blieb. Die Teilnehmer wurden als methang-positiv klassifiziert, wenn das IMO-Kriterium erfüllt war und das Wasserstoffkriterium für SIBO nicht erfüllt war. Die Teilnehmer wurden als gemischt-positiv klassifiziert, wenn sowohl dasH-2-Kriterium als auch das CH₄-Kriterium erfüllt waren. Die Teilnehmer wurden als negativ eingestuft, wenn keines der Kriterien erfüllt war. Diese Schwellenwerte wurden einheitlich in der gesamten Kohorte angewendet, ohne nachträgliche Modifikationen. Die im Datensatz verwendeten Klassifikationsregeln sind in Tabelle 114 zusammengefasst. Wichtig ist, dass der Laktulose-Atemtest erkannte Einschränkungen aufweist. Da Laktulose den orökalen Transit beschleunigen und eine frühere Darmfermentation ermöglichen kann, können bei einigen Personen falsch-positive Atemtestergebnisse auftreten; Daher sollte Atemtest-Positivität im Kontext der vorliegenden Studie als standardisierte phänotypische Klassifikation interpretiert werden und nicht als endgültige mikrobiologische Bestätigung des Überwuchs.
Testvalidität, Datenerfassung und Qualitätskontrolle
Ein Atemtest galt nur dann als technisch gültig, wenn alle folgenden Bedingungen erfüllt waren: Verfügbarkeit einer Basisprobe, erfolgreiche Laktuloseaufnahme, Sammlung aller geplanten Postlaktuloseproben bis 120 Minuten und das Fehlen einer größeren Protokollabweichung, die eine Interpretation ausschließen würde. Ein Test wurde ausgeschlossen, wenn die Laktuloseaufnahme unvollständig war, während des Eingriffs Erbrechen aufkam, der Teilnehmer vor der 90-minütigen Probe abzog oder eine Fehlfunktion des Geräts eine zuverlässige Messung verhinderte. Rohgaswerte wurden direkt in die Studiendatenbank eingetragen, wie sie erfasst wurden, ohne Interpolation, Glättung oder manuelle Kurvenkorrektur. Jeder Teilnehmer belegte eine einzelne Zeile im Analysedatensatz, und jeder Stichprobenzeitpunkt hatte festgelegte H2 - und CH₄-Datenfelder. Die Gruppenzuweisung wurde streng nach den vordefinierten Interpretationskriterien erstellt und anschließend mit dem Rohgasprofil überprüft. Bereichsprüfungen wurden für Schlüsselvariablen vor der Datenbanksperrung vorgegeben, und jeder Wert außerhalb des Bereichs benötigte eine Quellverifikation. Zur Unterstützung der Reproduzierbarkeit sind der de-identifizierte Studiendatensatz und das Variablenwörterbuch öffentlich im Zenodo-Repository15 verfügbar.
Klinische Phänotypen und statistische Analyse
Die Teilnehmer wurden in vier phänotypische Gruppen eingeteilt: negativ, wasserstoffpositiv, methang-positiv und gemischt-positiv. Das primäre klinische Ergebnis war die Schwere von Blähungen, gemessen mit einer numerischen Bewertungsskala von 0–10 (NRS). Sekundäre Variablen waren die Schwere der Bauchschmerzen, die Symptomzeit, die Häufigkeit des Stuhls, verstopfungsbedingte Merkmale und der Subtyp der Darmgewohnheit. Verstopfungsbedingte Merkmale wurden als vorliegend angesehen, wenn bei der klinischen Untersuchung eines der folgenden Merkmale dokumentiert wurde: weniger als drei spontane Stuhlgänge pro Woche, Anspannung, harter Stuhl oder ein Gefühl unvollständiger Evakuierung. Kontinuierliche Variablen wurden als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) bei ungefähr normalverteilter Verteilung und als Median mit Interquartilbereich (IQR) bei Nichtnormalverteilung zusammengefasst. Kategoriale Variablen wurden als Zahlen und Anteile zusammengefasst.
Der primäre Vergleich verglich Teilnehmer mit positiven Atemtests und solchen mit negativen Atemtests. Sekundäranalysen verglichen die vier phänotypischen Gruppen. Für Vergleiche zwischen zwei Gruppen wurden kontinuierliche Variablen mit dem unabhängigen Stichproben-t-Test oder dem Mann–Whitney-U-Test analysiert, je nachdem. Für Vergleiche zwischen den vier phänotypischen Gruppen wurden kontinuierliche Variablen mittels Einweg-Varianzanalyse (ANOVA) oder dem Kruskal–Wallis-Test analysiert, je nach Anwendung. Kategoriale Variablen wurden mit dem Chi-Quadrat-Test oder dem exakten Fisher-Test analysiert. Die Normalität kontinuierlicher Variablen wurde mit dem Shapiro–Wilk-Test in Verbindung mit visueller Inspektion der Q–Q-Diagramme bewertet. Für Vergleiche zwischen den vier Phänotypgruppen basierte die statistische Inferenz hauptsächlich auf Omnibus-ANOVA- oder Kruskal–Wallis-Tests. Wo angebracht, wurde eine Bonferroni-Anpassung in Betracht gezogen, um mehrere Vergleiche zu kontrollieren. Alle statistischen Analysen wurden mit SPSS Statistics Version 27.0 durchgeführt. Alle statistischen Tests waren zweiseitig, und P < 0,05 galt als statistisch signifikant. Ein nicht-invasives Dual-Gas-Protokoll wurde durchgehend verwendet, da das Ziel der Studie eine reproduzierbare ambulante phänotypische Charakterisierung innerhalb eines standardisierten klinischen Arbeitsablaufs war, anstatt nur invasive kulturbasierte Bestätigung.