$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
To przekrojowe badanie obserwacyjne zostało przeprowadzone zgodnie z Deklaracją Helsińską i zostało zatwierdzone przez Komisję Etyczną Szpitala Centralnego w Jinan (numer zatwierdzenia 20250120022). Wszystkie procedury z udziałem ludzi zostały przejrzane i zatwierdzone przed rozpoczęciem badania. Od wszystkich uczestników przed włączeniem do badania uzyskano pisemną świadomą zgodę.
Kolejno przesiewano dorosłych pacjentów ambulatoryjnych zgłaszających się do kliniki gastroenterologicznej, u których główną skargą było funkcjonalne wzdęcie (FB), w celu zakwalifikowania ich do udziału w badaniu. Funkcjonalne wzdęcie zdefiniowano zgodnie z kryteriami Rome IV jako nawracające wzdęcia lub uczucie rozpierania w jamie brzusznej występujące średnio co najmniej 1 dzień w tygodniu w ciągu ostatnich 3 miesięcy, z początkiem objawów co najmniej 6 miesięcy przed postawieniem diagnozy. Przeprowadzono kompleksową kliniczną diagnostykę wykluczającą, obejmującą rutynowe badania laboratoryjne, obrazowanie jamy brzusznej oraz ocenę endoskopową w uzasadnionych klinicznie przypadkach, aby wykluczyć strukturalne lub metaboliczne przyczyny objawów. Dopuszczono do udziału uczestników spełniających kryteria diagnostyczne dla nakładających się podtypów zespołu jelita drażliwego (IBS-C, IBS-D lub IBS-M), których prospektywnie sklasyfikowano według podtypu, pod warunkiem, że wzdęcia pozostawały ich dominującą i najbardziej uciążliwą skargą.
Aby zminimalizować wpływ czynników zakłócających na bazowe profile gazów oddechowych, z badania wykluczono uczestników z niekontrolowaną cukrzycą, przebytych rozległych operacjach przewodu pokarmowego lub ciężkimi, opornymi na leczenie zaparciami wymagającymi codziennej interwencji medycznej. Ponadto wdrożono zestandaryzowany protokół wypłukiwania leków przed testem. Zakazano stosowania ogólnoustrojowych antybiotyków i probiotyków na 4 tygodnie przed badaniem, natomiast prokinetyki, środki przeczyszczające, opioidy i inhibitory pompy protonowej odstawiono na co najmniej 1 tydzień przed procedurą.
Rekrutacja uczestników była prowadzona między lutym 2025 roku a grudniem 2025 roku w poradni gastroenterologicznej Szpitala Centralnego w Jinan. Kwalifikujących się dorosłych pacjentów z objawami włączano do badania w sposób sekwencyjny, bez dodatkowych arbitralnych kryteriów doboru, aby zminimalizować błąd selekcji. Ogólny przebieg badania przedstawiono na Rysunku 11.
Rysunek 1. Projekt badania i schemat przebiegu testu oddechowego z laktulozą w kierunku wodoru i metanu. Dorosłych pacjentów w trybie ambulatoryjnym z wzdęciami czynnościowymi poddano badaniu przesiewowemu w celu ustalenia kwalifikowalności, a następnie włączono do badania po uzyskaniu pisemnej świadomej zgody. Przed testami zarejestrowano bazowe zmienne demograficzne i kliniczne. Uczestnicy przeszli ustandaryzowane przygotowanie przed testem, obejmujące 24 h diety niskofermentacyjnej oraz 8–12 h postu nocnego. Test oddechowy z laktulozą w kierunku wodoru i metanu (LHMBT) przeprowadzono po spożyciu 10 g laktulozy rozpuszczonej w 200 mL wody, pobierając próbki powietrza wydechowego na koniec wydechu w 0, 30, 60, 90 i 120 min. Wyniki testu oddechowego zinterpretowano w oparciu o zdefiniowane kryteria dla wodoru i metanu, a uczestników zaklasyfikowano jako negatywnych, wodór-dodatnich, metan-dodatnich lub mieszanie-dodatnich. Następnie przeprowadzono porównanie objawów klinicznych oraz analizy specyficzne dla poszczególnych fenotypów. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Populacja badania, kryteria kwalifikacji i ocena wyjściowa
Kwalifikowalnymi uczestnikami byli dorośli w wieku 18–65 lat, u których występowały nawracające lub utrwalone wzdęcia trwające ponad 3 miesiące, z początkiem objawów co najmniej 6 miesięcy przed włączeniem do badania. Te czasowe wymagania dotyczące objawów wybrano w celu dostosowania do ram diagnostycznych Rzym IV dla czynnościowych zaburzeń jelit. Od uczestników wymagano również zdolności do przeprowadzenia zarówno oceny objawów, jak i seryjnej procedury testów oddechowych. Wykluczono uczestników z nieswoistymi zapaleniami jelit, celiakią, nowotworami przewodu pokarmowego, niedrożnością jelit, przebytymi rozległymi resekcjami jelita cienkiego lub grubego, zdecompensowaną marskością wątroby, ciążą, ostrym zakaźnym zapaleniem żołądka i jelit w ciągu ostatnich 4 tygodni, systemową antybiotykoterapią w ciągu ostatnich 4 tygodni, przygotowaniem jelita do kolonoskopii w ciągu ostatnich 2 tygodni lub niezdolnością do przestrzegania instrukcji dietetycznych i postu przed testem.
Wiek, płeć, wzrost, masa ciała, wskaźnik masy ciała (BMI), czas trwania objawów, nasilenie wzdęć, nasilenie bólu brzucha, średnia liczba spontanicznych wypróżnień w tygodniu oraz podtyp kliniczny oparty na wzorcu wypróżnień (wzdęcia funkcjonalne, IBS-C, IBS-D lub IBS-M) zostały zapisane prospektywnie podczas rekrutacji przy użyciu ustrukturyzowanego formularza raportu przypadku. Nasilenie wzdęć oraz nasilenie bólu brzucha oceniano za pomocą numerycznej skali oceny (NRS) w zakresie od 0 do 10, gdzie 0 oznaczało brak objawów, a 10 najcięższe możliwe do wyobrażenia objawy. Częstotliwość wypróżnień zdefiniowano jako średnią liczbę spontanicznych wypróżnień w tygodniu w ciągu poprzednich 4 tygodni. Zmienne badania i odpowiadające im reguły kodowania podsumowano w Tabeli 16.
| Zmienna / Termin | Definicja | Kodowanie / Jednostka | Uwagi |
| Wzdęcia czynnościowe (FB) | Nawracające lub utrwalone uciążliwe wzdęcia brzucha bez stwierdzenia strukturalnej choroby przewodu pokarmowego w rutynowej ocenie | Zmienna włączenia | Wymagane do rekrutacji |
| Wodorowo-metanowy test oddechowy z laktulozą (LHMBT) | Znormalizowany dwugazowy test oddechowy oparty na laktulozie, mierzący poziom wydychanego wodoru i metanu | Procedura | Główny test badania |
| Wiek | Wiek w momencie rekrutacji | Lata | Ciągła |
| Płeć | Płeć biologiczna odnotowana podczas rekrutacji | Mężczyzna / Kobieta | Kategoryczna |
| Wskaźnik masy ciała (BMI) | Masa ciała podzielona przez kwadrat wzrostu | kg/m² | Ciągła |
| Czas trwania objawów | Czas trwania wzdęć przed rekrutacją | Miesiące | Ciągła |
| Podtyp kliniczny | Fenotyp jelitowy oparty na objawach, odnotowany podczas rekrutacji | Wzdęcia czynnościowe / IBS-C / IBS-D / IBS-M | Kategoryczna |
| Nasilenie wzdęć | Nasilenie wzdęć zgłoszone przez uczestnika | NRS 0–10 | 0 = brak; 10 = najsilniejsze |
| Nasilenie bólu brzucha | Nasilenie bólu brzucha zgłoszone przez uczestnika | NRS 0–10 | 0 = brak; 10 = najsilniejsze |
| Wynik zaparć | Złożony wskaźnik obciążenia zaparciami | 0–3 | Wyższy wynik = większe obciążenie zaparciami |
| Wynik biegunki | Złożony wskaźnik obciążenia biegunką | 0–3 | Wyższy wynik = większe obciążenie biegunką |
| H2_0 | Poziom wodoru w powietrzu wydychanym wyjściowo | ppm | Pomiar w 0 min |
| H2_30 | Wodór w powietrzu wydychanym w 30 min | ppm | Surowa zmienna gazowa |
| H2_60 | Wodór w powietrzu wydychanym w 60 min | ppm | Surowa zmienna gazowa |
| H2_90 | Wodór w powietrzu wydychanym w 90 min | ppm | Surowa zmienna gazowa |
| H2_120 | Wodór w powietrzu wydychanym w 120 min | ppm | Surowa zmienna gazowa |
| CH4_0 | Poziom metanu w powietrzu wydychanym wyjściowo | ppm | Pomiar w 0 min |
| CH4_30 | Metan w powietrzu wydychanym w 30 min | ppm | Surowa zmienna gazowa |
| CH4_60 | Metan w powietrzu wydychanym w 60 min | ppm | Surowa zmienna gazowa |
| CH4_90 | Metan w powietrzu wydychanym w 90 min | ppm | Surowa zmienna gazowa |
| CH4_120 | Metan w powietrzu wydychanym w 120 min | ppm | Surowa zmienna gazowa |
| Peak_H2_0_90 | Maksymalne stężenie wodoru zaobserwowane w czasie 0–90 min | ppm | Zmienna pochodna |
| Delta_H2_0_90 | Peak_H2_0_90 minus poziom wyjściowy H2_0 | ppm | Zmienna pochodna |
| Peak_CH4_0_120 | Maksymalne stężenie metanu zaobserwowane w czasie 0–120 min | ppm | Zmienna pochodna |
| H2_Positive | Spełnione kryterium dla wodoru | Prawda / Fałsz | Pochodna zmienna binarna |
| CH4_Positive | Spełnione kryterium dla metanu | Prawda / Fałsz | Pochodna zmienna binarna |
| Kryterium SIBO | Wzrost poziomu wodoru o ≥20 ppm powyżej poziomu wyjściowego w ciągu 90 min | Tak / Nie | Próg diagnostyczny |
| Kryterium IMO | Stężenie metanu ≥10 ppm w dowolnym punkcie czasowym pobierania próbek | Tak / Nie | Próg diagnostyczny |
| Fenotyp negatywny | Brak spełnienia kryteriów SIBO i IMO | Negatywny | Końcowa grupa klasyfikacji |
| Fenotyp wodorowo-pozytywny | Spełnione kryterium SIBO i poziom metanu utrzymujący się na poziomie <10 ppm we wszystkich punktach czasowych | Wodorowo-pozytywny | Końcowa grupa klasyfikacji |
| Fenotyp metanowo-pozytywny | Spełnione kryterium IMO i niespełnione kryterium SIBO | Metanowo-pozytywny | Końcowa grupa klasyfikacji |
| Fenotyp mieszano-pozytywny | Spełnione kryteria SIBO i IMO | Mieszano-pozytywny | Końcowa grupa klasyfikacji |
| Overall_Positive | Wystąpienie dowolnego pozytywnego fenotypu testu oddechowego | Prawda / Fałsz | Obejmuje fenotypy wodorowo-pozytywne, metanowo-pozytywne i mieszano-pozytywne |
| Severity_High | Oznaczenie wysokiego nasilenia wzdęć | 1 / 0 | 1 = nasilenie wzdęć ≥7; 0 = nasilenie wzdęć <7 |
| Technicznie poprawny test | Obecność próbki wyjściowej, pomyślne przyjęcie laktulozy i pobranie wszystkich zaplanowanych próbek po laktulozie | Tak / Nie | Wymagane do końcowej analizy |
| Niepoprawny test | Niepełne przyjęcie laktulozy, wymioty, brak kluczowych próbek lub awaria analizatora | Powód wykluczenia | Wykluczone z analizy |
Tabela 1: Definicje zmiennych, progi diagnostyczne i zasady przypisywania fenotypów. Definicje, schematy kodowania, jednostki pomiaru, zmienne pochodne, progi diagnostyczne, zmienne kontroli jakości oraz kryteria przypisywania fenotypów stosowane do klasyfikacji uczestników, konstruowania zbioru danych i analizy statystycznej.
Przygotowanie przed testem
Wszyscy uczestnicy otrzymali te same instrukcje pisemne i ustne przed rozpoczęciem testów. Przez 24 h przed testem uczestnicy stosowali restrykcyjną dietę niskofementacyjną, składającą się z białego ryżu, jajek, nieprzyprawionego kurczaka lub ryb, czystego bulionu, wody oraz niesłodzonej, niewęglanowej herbaty. W tym okresie zabronione były strączki, pełnoziarniste produkty zbożowe, nabiał, owoce, soki owocowe, cebula, czosnek, kapusta, alkohol, napoje gazowane, suplementy błonnika oraz produkty zawierające poliole. Następnie uczestnicy poddali się postowi nocnemu trwającemu 8–12 h przed pobraniem próbek. W dniu testu, rano, niedopuszczalne było palenie tytoniu, żucie gumy, intensywne ćwiczenia fizyczne oraz sen w czasie pobierania próbek. Przed pobraniem wydechu bazowego uczestnicy przepłukali usta czystą wodą i pozostawali w pozycji siedzącej przez 10 min. Bezpośrednio przed testem personel kliniczny zweryfikował przestrzeganie przez każdego uczestnika 24-godzinnych restrykcji dietetycznych, 8–12-godzinnego postu nocnego oraz wymaganych protokołów odstawienia leków, zgodnie ze szczegółowymi kryteriami kwalifikacyjności badania, przeprowadzając ustrukturyzowany wywiad. Odnotowano wszelkie leki, których nie można było bezpiecznie odstawić. Kontrole przedanalityczne te zostały ustandaryzowane w celu zmniejszenia zmienności gazów tła i poprawy porównywalności wyników między uczestnikami8.
Procedura testu oddechowego z laktulozą w kierunku wodoru i metanu
Testy oddechowe przeprowadzano rano, gdy uczestnicy znajdowali się w pozycji siedzącej, przy użyciu cyfrowego analizatora oddechu zdolnego do pomiaru stężeń wydychanego wodoru (H2), metanu (CH₄) oraz dwutlenku węgla (CO2). Aby zapewnić dokładność pomiarów, analizator kalibrowano codziennie przed badaniem, stosując ustandaryzowaną mieszaninę gazów kalibracyjnych zgodnie z instrukcjami producenta. Prawidłowość pobranych próbek oddechu weryfikowano za pomocą wbudowanej w urządzenie metody korekcji CO2 pęcherzykowego, która automatycznie koryguje stężenia gazów śladowych wyrażonych w częściach na milion (ppm), aby uwzględnić potencjalne rozcieńczenie powietrzem z pomieszczenia podczas wydechu. Wszystkie procedury były wykonywane przez przeszkolony personel kliniczny. Analizator, gaz kalibracyjny, akcesoria do pobierania próbek oraz podłoże z laktulozą użyte w tej badaniu są wymienione w Tabeli materiałów.
W 0 min pobrano wyjściową próbkę powietrza w końcowej fazie wydechu. Następnie każdy uczestnik spożył w ciągu 2 min 10 g laktulozą rozpuszczonej w 200 mL wody o temperaturze pokojowej. Kolejne próbki powietrza w końcowej fazie wydechu pobierano w 30, 60, 90 i 120 min po spożyciu laktulozy. 30-minutowy odstęp między próbkami wybrano, aby zrównoważyć wykonalność procedury i przestrzeganie zaleceń przez uczestników w ramach rutynowego trybu pracy w ambulatorium. Jednak w porównaniu z 15-minutowymi odstępami zalecanymi przez niektóre wytyczne konsensusowe, ten rzadszy harmonogram pobierania próbek stanowi ograniczenie metodologiczne, ponieważ może nie uchwycić wczesnych lub przejściowych wzrostów stężenia gazów.
W każdym punkcie czasowym uczestnicy wdychali powietrze w sposób naturalny, wstrzymywali oddech przez 5 s, a następnie wydychali je całkowicie do systemu pobierania, aby uzyskać próbkę końcowowydechową. Podczas okresu testowania nie pozwalano na spożywanie pokarmów, palenie tytoniu, żucie gumy, niepotrzebne chodzenie oraz spanie. W przypadku wystąpienia kaszlu, przerwania wydechu lub ewidentnego wycieku próbki, próbka była niezwłocznie pobierana ponownie.
Harmonogram testu oddechowego przedstawiono na Rysunku 1. Surowe wartości H2 i CH4 dla wszystkich uczestników w każdym punkcie czasowym pobierania próbek są publicznie dostępne w repozytorium Zenodo (DOI: 10.5281/zenodo.20578413).
Interpretacja testu oddechowego i przypisanie fenotypu
Kryteria interpretacji testu oddechowego zostały zdefiniowane przed porównaniem klinicznym. Przerost bakterii w jelicie cienkim (SIBO) zdefiniowano jako wzrost poziomu wydychanego H2 o co najmniej 20 ppm powyżej wartości bazowej w ciągu 90 min po spożyciu laktulozy. Przerost metanogenów jelitowych (IMO) zdefiniowano jako stężenie CH₄ wynoszące co najmniej 10 ppm w dowolnym punkcie czasowym podczas testu. Obie definicje i progi diagnostyczne zastosowano zgodnie z wytycznymi North American Consensus. Uczestników zaklasyfikowano jako dodatnich pod kątem wodoru, gdy spełniono kryterium H2 dla SIBO, a poziom CH₄ pozostał poniżej 10 ppm we wszystkich zarejestrowanych punktach czasowych. Uczestników zaklasyfikowano jako dodatnich pod kątem metanu, gdy spełniono kryterium IMO, a kryterium wodoru dla SIBO nie zostało spełnione. Uczestników zaklasyfikowano jako dodatnich mieszanych, gdy spełnione zostały zarówno kryterium H2, jak i kryterium CH₄. Uczestników zaklasyfikowano jako ujemnych, gdy nie spełniono żadnego z kryteriów. Progi te zastosowano jednolicie w całej kohorcie bez modyfikacji post hoc. Reguły klasyfikacji użyte w zbiorze danych podsumowano w Tabeli 114. Co istotne, testy oddechowe z laktulozą mają uznane ograniczenia. Ponieważ laktuloza może przyspieszać pasaż orocekalny i umożliwiać wcześniejszą fermentację okalniczą, u niektórych osób mogą wystąpić fałszywie dodatnie wyniki testu oddechowego; w związku z tym wynik dodatni w teście oddechowym należy interpretować jako ustandaryzowaną klasyfikację fenotypową w kontekście niniejszego badania, a nie jako ostateczne mikrobiologiczne potwierdzenie przerostu.
Ważność testu, gromadzenie danych i kontrola jakości
Test oddechowy uznawano za technicznie prawidłowy tylko wtedy, gdy spełnione zostały wszystkie poniższe warunki: dostępność próbki bazowej, pomyślne spożycie laktulozy, pobranie wszystkich zaplanowanych próbek po podaniu laktulozy do 120 min oraz brak istotnych odstępstw od protokołu, które uniemożliwiłyby interpretację. Test wykluczano, jeśli spożycie laktulozy było niepełne, podczas procedury wystąpiły wymioty, uczestnik wycofał się przed pobraniem próbki w 90 min lub awaria urządzenia uniemożliwiła wiarygodny pomiar. Surowe wartości gazów wprowadzano bezpośrednio do bazy danych badania w formie zapisanej, bez interpolacji, wygładzania lub ręcznej korekty krzywej. Każdy uczestnik zajmował jeden wiersz w zbiorze danych do analizy, a każdy punkt czasowy poboru próbek posiadał wyznaczone pola danych dla H2 i CH₄. Przypisanie do grupy generowano ściśle zgodnie z predefinednymi kryteriami interpretacyjnymi, a następnie weryfikowano w odniesieniu do surowego profilu gazowego. Przed zablokowaniem bazy danych określono zakresy dopuszczalnych wartości dla kluczowych zmiennych, a każda wartość poza zakresem wymagała weryfikacji w źródle. Aby zapewnić powtarzalność, zanonimizowany zbiór danych badania oraz słownik zmiennych są publicznie dostępne w repozytorium Zenodo15.
Fenotypy kliniczne i analiza statystyczna
Uczestników zaklasyfikowano do czterech grup fenotypowych: ujemnej, dodatniej dla wodoru, dodatniej dla metanu oraz mieszanej dodatniej. Głównym punktem końcowym badania była nasila wzdęć mierzona w skali numerycznej (NRS) od 0 do 10. Zmienne wtórne obejmowały nasilenie bólu brzucha, czas trwania objawów, częstotliwość wypróżnień, cechy związane z zaparciami oraz podtyp nawyków wypróżniania. Cechy związane z zaparciami uznawano za obecne, jeśli podczas oceny klinicznej odnotowano którykolwiek z następujących objawów: mniej niż trzy spontaniczne wypróżnienia w tygodniu, parcie, twarde stolce lub uczucie niepełnego wypróżnienia. Zmienne ciągłe przedstawiono jako średnia ± odchylenie standardowe (SD) w przypadku rozkładu zbliżonego do normalnego oraz jako mediana z rozstępem międzykwartylnym (IQR) w przypadku rozkładu nienormalnego. Zmienne kategoryczne przedstawiono w formie liczebności i proporcji.
Główne porównanie zestawiono uczestników z dodatnim wynikiem testu oddechowego z osobami z ujemnym wynikiem tego testu. Analizy wtórne obejmowały porównanie czterech grup fenotypowych. W przypadku porównań między dwiema grupami zmienne ciągłe analizowano za pomocą testu t dla prób niezależnych lub testu U Manna–Whitneya, w zależności od potrzeb. W przypadku porównań między czterema grupami fenotypowymi zmienne ciągłe analizowano za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji (ANOVA) lub testu Kruskala–Wallisa, w zależności od potrzeb. Zmienne kategoryczne analizowano za pomocą testu chi-kwadrat lub dokładnego testu Fishera. Normalność rozkładu zmiennych ciągłych oceniano za pomocą testu Shapiro–Wilka wraz z wizualną inspekcją wykresów Q–Q. W przypadku porównań między czterema grupami fenotypowymi wnioskowanie statystyczne opierano przede wszystkim na ogólnym teście ANOVA lub teście Kruskala–Wallisa. W razie potrzeby zastosowano korektę Bonferroniego w celu kontroli wielokrotnych porównań. Wszystkie analizy statystyczne przeprowadzono przy użyciu programu SPSS Statistics w wersji 27.0. Wszystkie testy statystyczne były dwustronne, a wartość P < 0,05 uznano za statystycznie istotną. Przez cały czas stosowano nieinwazyjny protokół dwugazowy, ponieważ celem badania była powtarzalna ambulatoryjna charakterystyka fenotypowa w ramach znormalizowanego procesu klinicznego, a nie samo inwazyjne potwierdzenie oparte na hodowli.