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この横断的観察研究はヘルシンキ宣言に従って実施され、濟南中央病院倫理委員会(承認番号20250120022)によって承認されました。ヒト参加者を含むすべての手技は、研究開始前に審査・承認されました。登録前にすべての参加者から書面によるインフォームドコンセントが取得されました。
機能性膨満感(FB)を主な訴えとして消化器内科に受診した成人外来患者は、研究参加のために連続してスクリーニングされました。機能的膨満感は、ローマIV基準に基づき、過去3か月間に平均して週に少なくとも1日繰り返し腹部膨満感または膨張が起き、症状が診断の少なくとも6か月前に発症するものと定義されました。臨床的または代謝的な原因を除外するため、定期的な検査、腹部画像検査、内視鏡的評価を含む包括的な臨床除外検査が実施されました。過敏性腸症候群(IBS)の重複するサブタイプ(IBS-C、IBS-D、またはIBS-M)の診断基準を満たす参加者は参加が許可され、膨満感が主なかつ最も厄介な訴えである限り、サブタイプで前向きに分類されました。
ベースラインの呼気ガスプロファイルへの交絡影響を最小限に抑えるため、制御されていない糖尿病、過去に大規模な消化器系手術を受けた者、または毎日の医療介入を必要とする重度難治性便秘の参加者は除外しました。さらに、標準化された事前検査薬剤洗浄プロトコルが実施されました。全身性抗生物質およびプロバイオティクスは検査前4週間以内に禁止され、プロキネティクス、下剤、オピオイド、プロトンポンプ阻害薬は検査の少なくとも1週間前から使用が控えられました。
参加者募集は2025年2月から12月にかけて済南中央病院の外来消化器科クリニックで実施されました。適格な症状のある成人は、選択バイアスを最小限に抑えるために追加の恣意的な選択基準を設けずに連続して登録しました。全体の研究ワークフローは図11に示されています。

図1。研究設計およびラクトゥロース水素・メタン呼気検査のワークフロー。 機能性膨満感を呈する成人外来患者は適格性をスクリーニングし、書面によるインフォームドコンセントの後に登録されました。検査前にベースラインの人口統計学的および臨床変数を記録しました。参加者は、24時間の低発酵ダイエットと8〜12時間の夜間断食という標準化された事前試験準備を受けました。ラクツロース水素・メタン呼気検査(LHMBT)は、200 mLの水に溶けた10gのラクトゥロースを摂取した後に実施され、呼気末の呼気サンプルは0分、30分、60分、90分、120分に採取されました。呼気検査の結果はあらかじめ定められた水素およびメタン基準で解釈され、参加者は陰性、水素陽性、メタン陽性、混合陽性に分類されました。その後、臨床症状比較および表現型特異的解析が実施されました。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
研究対象集団、適格性およびベースライン評価
対象となる参加者は、18歳から65歳までの成人で、3か月以上繰り返しまたは持続的な膨満感を訴え、登録の少なくとも6か月前に症状が現れた者でした。これらの時間的症状要件は、機能性腸疾患のRome IV診断枠組みに適合するように選定されました。参加者はまた、症状評価と連続呼気検査の両方を完了できる能力も求められました。参加者は、炎症性腸疾患、セリアック病、消化器悪性腫瘍、腸閉塞、過去に重大な小腸または大腸切除術、非償償肝疾患、妊娠、過去4週間以内の急性感染性消化炎、過去4週間以内の全身抗生物質曝露、腸内視鏡検査の準備、または検査前の食事および断食指示に従えない場合を除外しました。
年齢、性別、身長、体重、体格指数(BMI)、症状の持続期間、膨満感の重症度、腹痛の重症度、週あたりの自発排便回数、および排便習慣パターンに基づく臨床サブタイプ(機能性膨満感、IBS-C、IBS-D、またはIBS-M)を、登録時に構造化症例報告フォームを用いて前向きに記録しました。膨満感の重症度と腹痛の重症度は、0から10までの数値評価尺度(NRS)を用いて評価され、0は無症状、10は想像しうる最も重度の症状を示しました。便の頻度は、過去4週間の週あたりの自然排便の平均回数と定義されました。研究変数および対応する符号化ルールは表16にまとめられています。
| 変数 / 項 | 定義 | コーディング/ユニット | 注記 |
| 機能的膨満(FB) | 構造性消化器疾患が特定されていない定期的な評価で、再発または持続的な厄介な腹部膨満感 | 包含変数 | 入学に必要な情報 |
| ラクトゥロース水素・メタン呼気検査(LHMBT) | 呼気中の水素とメタンを測定する標準化されたラクツールスベースの二重気体呼気検査 | 手続き | メインスタディテスト |
| 年代 | 入学年齢 | 経歴 | 連続 |
| セックス | 入学時に記録された生物学的性別 | 男性 / 女性 | カテゴリカル |
| 体格指数(BMI) | 体重を身長の二乗で割った値 | kg/m² | 連続 |
| 症状の持続期間 | 加入前の膨満感症状の期間 | 月数 | 連続 |
| 臨床サブタイプ | 登録時に記録された症状に基づく腸表現型 | 機能性膨満感 / IBS-C / IBS-D / IBS-M | カテゴリカル |
| 膨満感の重症度 | 参加者が報告した膨満感の重症度 | 0–10 NRS | 0 = なし;10 = 最も重度 |
| 腹痛の重症度 | 参加者報告腹痛の重症度 | 0–10 NRS | 0 = なし;10 = 最も重度 |
| 便秘スコア | 複合便秘負担 | 0–3 | 得点が高いほど便秘負担が大きい |
| 下痢スコア | 複合下痢負荷 | 0–3 | 得点が高いほど = 下痢負荷が大きい |
| H2_0 | ベースライン呼気水素 | ppm | 0分で測定 |
| H2_30 | 30分後に水素を吐き出す | ppm | 生ガス変量 |
| H2_60 | 60分後に水素を吐き出す | ppm | 生ガス変量 |
| H2_90 | 90分で水素を吐き出す | ppm | 生ガス変量 |
| H2_120 | 120分で水素を吐き出す | ppm | 生ガス変量 |
| CH4_0 | ベースラインの呼気メタン | ppm | 0分で測定 |
| CH4_30 | 30分後にメタンを吐き出す | ppm | 生ガス変量 |
| CH4_60 | 60分後にメタンを吐き出す | ppm | 生ガス変量 |
| CH4_90 | 90分でメタンを呼び出した | ppm | 生ガス変量 |
| CH4_120 | 120分でメタンを吐き出す | ppm | 生ガス変量 |
| Peak_H2_0_90 | 0〜90分の間に観測された最大水素濃度 | ppm | 導出変数 |
| Delta_H2_0_90 | Peak_H2_0_90 マイナスベースラインH2_0 | ppm | 導出変数 |
| Peak_CH4_0_120 | 0〜120分の間に観測された最大メタン濃度 | ppm | 導出変数 |
| H2_Positive | 水素基準が満たされた | 真/偽 | 導出二値変数 |
| CH4_Positive | メタン基準の達成 | 真/偽 | 導出二値変数 |
| SIBO基準 | 水素は90分以内に基準値より≥20ppm増加 | はい / いいえ | 診断閾値 |
| 私の意見では、基準 | メタン濃度≥10 ppmは、どの採取時点でも | はい / いいえ | 診断閾値 |
| 否定的な表現型 | SIBOもIMO基準も満たしていませんでした | 否定 | 最終分類グループ |
| 水素陽性表現型 | SIBO基準を満たしても、メタンはすべての時点で<10 ppmのままでした | 水素陽性 | 最終分類グループ |
| メタン陽性表現型 | 私の意見では、基準を満たし、SIBO基準を満たしていません | メタン陽性 | 最終分類グループ |
| 混合陽性表現型 | SIBOとIMOの両方の基準を満たしていました | 混合正 | 最終分類グループ |
| Overall_Positive | 呼気検査で陽性の表現型が出る場合 | 真/偽 | 水素陽性、メタン陽性、混合陽性の表現型を含みます |
| Severity_High | 高膨満の重症度フラグ | 1 / 0 | 1 = 膨満の重症度≥7;0 = 膨張の重症度 <7 |
| 技術的に有効なテスト | ベースラインサンプルの存在、成功したラクトゥロース摂取、そして予定されたすべてのラクトゥロース後のサンプルの採取 | はい / いいえ | 最終解析に必要 |
| 無効な検定 | 不完全なラクトゥロース摂取、嘔吐、重要なサンプルの欠損、または分析装置の故障 | 除外理由 | 分析から除外される |
表1:変数定義、診断閾値、表現型割り当てルール。 参加者分類、データセット構築、統計解析に使用される定義、符号化スキーム、単位、派生変数、診断閾値、品質管理変数、表現型割り当て基準。
事前試験準備
すべての参加者は試験前に同じ書面および口頭の指示を受けました。参加者は、白米、卵、無味鶏肉や魚、澄んだスープ、水、無糖・炭酸茶からなる制限された低発酵食を24時間かけて従いました。この期間中、豆類、全粒穀物、乳製品、果物、果汁、玉ねぎ、ニンニク、キャベツ、アルコール、炭酸飲料、食物繊維サプリメント、糖アルコールを含む製品が禁止されていました。参加者はその後、サンプル採取前に8〜12時間の一晩の断食を受けました。検査当日の朝、喫煙、ガムの噛み、激しい運動、睡眠は禁止されていました。ベースライン呼気採取の前に、参加者は白水で口をすすいで10分間座ったままでした。検査直前、臨床スタッフは各参加者が24時間の食事制限、8〜12時間の夜間断食、そして研究適格基準に詳述された薬物洗浄プロトコルの遵守を構造化された面接を通じて確認しました。安全に中断できない薬剤は記録されました。これらの前分析対照群は、背景ガスの変動を低減し、参加者間の比較可能性を高めるために標準化されました。
ラクツロース水素・メタン呼気検査手順
朝、参加者が座った姿勢でデジタル呼気分析装置を用いて呼気中の水素(H2)、メタン(CH₄)、二酸化炭素(CO2)濃度を測定する動作で呼気検査が行われました。測定精度を確保するため、アナライザーはメーカーの指示に従い標準化された校正ガス混合物を用いて毎日校正され、試験が行われました。許容される呼気サンプルは、装置内蔵の肺胞CO2 補正手法で検証されました。この手法は、呼気時の室内空気希釈の可能性を考慮して、ミリオン分の1(ppm)で表される微量ガス濃度を自動的に調整します。すべての処置は訓練を受けた臨床スタッフによって行われました。本研究で使用される分析装置、校正ガス、サンプリングアクセサリー、ラクツロース基質は 材料表に記載されています。
0分に基準の呼気終末呼気サンプルを採取しました。直後、各参加者は2分間以内に室温の水200mLに溶けた10gのラクトゥロースを摂取しました。追加の呼気末呼気サンプルは、ラクトゥロース摂取後30分、60分、90分、120分ごとに採取されました。30分のサンプリング間隔は、通常の外来臨床ワークフローの中で手技の実現可能性と参加者の遵守のバランスを取るために選ばれました。しかし、一部の合意ガイドラインで推奨されている15分間隔と比べると、この広範なサンプリングスケジュールは早期または一時的なガス上昇を捕捉できない可能性があるため、方法論的な制約を示しています。
各時点で、参加者は通常通り吸気し、5秒息を止めてから完全に呼気を採取システム内に呼び込み、呼気末サンプルを取得しました。試験期間中は、食事摂取、喫煙、ガム噛み、不必要な歩行、睡眠は禁止されていました。咳、呼気の途切れ、明らかなサンプル漏れが発生した場合は、直ちにサンプルを回収しました。
呼気検査のタイムラインは図1に示されています。各サンプリング時点における全参加者の生のH2 およびCH4 値は、Zenodoリポジトリ(DOI: 10.5281/zenodo.20578413)で公開されています。
呼気検査の解釈と表現型の割り当て
呼気検査の解釈基準は臨床比較前にあらかじめ定められていました。小腸細菌過剰増殖(SIBO)は、ラクツロース摂取後90分以内に呼気中のH2が基準値より少なくとも20 ppm増加したことと定義されました。腸内メタゲン過剰増殖(IMO)は、検査中の任意の時点で少なくとも10 ppmのCH₄濃度と定義されました。定義と診断閾値は北米コンセンサスのガイドラインに従って適用されました。参加者は、SIBOのH2基準を満たし、CH₄がすべての記録時点で10ppm未満にとどまった場合、水素陽性と分類されました。IMO基準を満たし、SIBOの水素基準を満たしなかった場合、参加者はメタン陽性と分類されました。H2基準とCH₄基準の両方を満たした参加者は混合陽性と分類されました。いずれの基準も満たさなかった場合、参加者は陰性と分類されました。これらの閾値は事後的な修正なしに全コホートに均一に適用されました。データセットで使用されている分類ルールは表1、14にまとめられています。重要なのは、ラクトゥロース呼気検査には限界があることが認識されていることです。ラクツロースはオロカセルの移動を加速し、より早い結腸発酵を可能にするため、一部の人では偽陽性の呼気検査結果が出ることがあります。したがって、呼気検査の陽性は本研究の文脈における標準化された表現型分類として解釈されるべきであり、過剰増殖の決定的な微生物学的確認としては見なされるべきではありません。
テストの妥当性、データ収集、品質管理
呼気検査は、以下の条件すべてを満たした場合にのみ技術的有効とみなされました:ベースラインサンプルの入手可能、ラクツロース摂取の成功、120分間以内の予定されたすべてのラクツール後サンプルの採取、そして解釈を妨げる重大なプロトコル逸脱がない。ラクトゥロースの摂取が不完全であった場合、検査中に嘔吐があった場合、参加者が90分サンプル前に離脱した場合、または機器の故障により信頼できる測定ができなかった場合は、検査を除外しました。生ガス値は、補間、平滑化、手動曲線補正を行わず、記録されたまま直接研究データベースに入力されました。各参加者は分析データセットの1行を占め、各サンプリング時点にはH2 およびCH₄のデータフィールドが割り当てられていました。グループ割り当ては、あらかじめ定められた解釈基準に従って厳格に生成され、その後、原ガスプロファイルと照合されました。データベースロック前にキー変数の範囲チェックがあらかじめ指定されており、範囲外の値があればソース検証が必要でした。再現性を支援するため、非特定化された研究データセットと変数辞書はZenodoリポジトリ15で公開されています。
臨床表現型と統計解析
参加者は4つの表現型グループに分類されました:陰性、水素陽性、メタン陽性、混合陽性です。主要臨床評価項目は、0–10の数値評価尺度(NRS)を用いて測定された膨満感の重症度でした。二次的変数には腹痛の重症度、症状の持続時間、便の頻度、便秘関連の特徴、排便習慣のサブタイプが含まれていました。便秘関連の特徴は、臨床評価時に以下のいずれかが記録された場合とみなされました:週に3回未満の自発排便、いじり、硬い便、または排便不完全な感覚。連続変数は、近似正規分布±平均標準偏差(SD)、非正規分布の場合は四分位数範囲の中央値(IQR)として要約されました。カテゴリ変数はカウントと比率として要約されました。
主な比較では、呼気検査で陽性の参加者と陰性の呼気検査を受けた参加者を比較しました。二次解析では4つの表現型群を比較しました。2群間の比較には、連続変数は独立標本t検定またはMann–Whitney U検定を用いて分析しました。4つの表現型群間の比較には、連続変数は分散の一方向分析(ANOVA)または必要に応じてKruskal–Wallis検定を用いて分析されました。カテゴリ変数はカイ二乗検定またはフィッシャーの正確検定を用いて解析されました。連続変数の正規性は、シャピロ–ウィルク検定とQ–Qプロットの目視検査を組み合わせて評価されました。4つの表現型グループの比較においては、統計的推論は主に包括的ANOVAまたはKruskal–Wallis検定に基づいていました。適切な場合、複数比較のコントロールとしてボンフェローニ調整が検討されました。すべての統計解析はSPSS Statistics バージョン27.0を用いて実施されました。すべての統計検定は両側で行われ、P < 0.05は統計的に有意とされました。非侵襲的な二重ガスプロトコルが全て用いられました。これは、試験の目的が浸潤的な培養ベースの確認ではなく、標準化された臨床ワークフロー内での再現可能な外来表現型の特徴解析であったためです。