呼气试验在炎症性肠病诊治中的应用

来源:用户上传      作者:陈坚 邱志兵 张会禄 罗忠光 汤子慧 杨冬琴

　　摘 要 炎症性肠病是一类病因和发病机制均尚未十分明了的肠道炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病。近年来的研究发现，肠道菌群紊乱在炎症性肠病的发病过程中起着重要作用，是炎症性肠病发病的始动和持续因素。小肠细菌过度生长在炎症性肠病患者中较为常见。本文概要介绍检测小肠细菌过度生长的乳果糖呼气试验和评估肠道慢性炎症程度的呼气中一氧化氮丰度检测在炎症性肠病诊治中的应用与临床意义。
　　关键词 炎症性肠病 溃疡性结肠炎 克罗恩病 小肠细菌过度生长 乳果糖呼气试验
　　中图分类号：R574； R443.6 文献标志码：A 文章编号：1006-1533（2019）15-0016-05
　　The application of breath test in diagnosis and treatment of inflammatory bowel disease
　　CHEN Jian*， QIU Zhibing， ZHANG Huilu， LUO Zhongguang， TANG Zihui， YANG Dongqin（Department of Digestive Disease， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）
　　ABSTRACT Inflammatory bowel disease （IBD） is composed of Crohn’s disease and ulcerative colitis. The incidence and prevalence of IBD in our country are continuously increasing while the etiology is still unclear. Recent studies have indicated microbiota dysbiosis played important roles in IBD while small intestinal bacterial overgrowth （SIBO） is common in IBD patients. This review summarizes the prevalence of SIBO in IBD and its relationships between exhaled nitric oxide and systemic chronic inflammation of the intestine. Meanwhile， the application and clinical significance of breath test and nitric oxide breath analysis in the diagnosis and treatment of IBD are also reviewed.
　　KEy WORDS inflammatory bowel disease； ulcerative colitis； Crohn’s disease； small intestinal bacterial overgrowth； lactulose breath test
　　炎症性肠病是一类病因和发病机制均尚未十分明了的肠道炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病。炎症性肠病在西方国家较为常见，其中欧洲地區的溃疡性结肠炎和克罗恩病年发病率分别为24.3例/10万人和12.7例/10万人，最高患病率分别达505例/10万人（挪威）和322例/10万人（德国）[1]。我国的炎症性肠病发病率呈逐年上升趋势。我国炎症性肠病协作组根据住院患者粗略推算，目前我国的溃疡性结肠炎和克罗恩病患病率约分别为11.6例/10万人和1.4例/10万人[2]。
　　炎症性肠病的发病机制涉及遗传易感性、免疫异常、环境因素和肠道菌群组成改变等多个方面。免疫缺陷炎症性肠病动物模型在肠道无菌状态下不会发生肠道炎症，恢复肠道菌群后则可出现肠道炎症[3]。此外，研究发现，炎症性肠病患者的炎性病变通常优先发生于细菌含量较高的肠段[4]。这些均表明，肠道菌群的存在是炎症性肠病发病的必要条件。此前研究已证实，克罗恩病患者体内胞浆蛋白NOD2和自噬相关蛋白ATG16L1的基因的突变会诱发肠道炎症[5]。但同卵双胞胎的炎症性肠病的发病一致性只有40% ～ 50%，说明遗传易感性对炎症性肠病发病的影响不超过50%，遗传和环境因素的交互作用对炎症性肠病的发病具有更重要的影响[5]。肠道微生物可通过影响肠道微环境调节宿主的免疫状态，在炎症性肠病的发病过程中起着重要的作用。
　　1 炎症性肠病患者的肠道菌群变化
　　炎症性肠病患者粪便和肠道中的菌群组成与健康人群显著不同。在健康人群中，肠道菌群的生物多样性程度较高，原籍菌和共生菌占90%以上；而在炎症性肠病患者中，肠道菌群的生物多样性程度降低，且病原菌的占比增高，几乎占了30%[6]。炎症性肠病患者处于肠道微生态失衡（microbiota dysbiosis）状态，即有害菌增多、有益菌减少，细菌的多样性减少，其中尤以克罗恩病患者表现更甚[7]。
　　1.1 溃疡性结肠炎患者的肠道菌群变化
　　Verma等[8]的研究发现，溃疡性结肠炎患者肠黏膜上的拟杆菌属和瘤胃球菌数量明显减少，而放线菌属数量却明显增多。溃疡性结肠炎患者肠道中的弯曲杆菌属数量也明显增多，并与疾病活动度呈正相关性；同时，两种非优势菌群产甲烷菌属中的甲烷短杆菌和脱硫弧菌属中的硫酸盐还原菌数量也明显增多。Fite等[9]的研究发现，在溃疡性结肠炎患者的肠黏膜活检样本中100%存在硫酸盐还原菌。硫酸盐还原菌可在大肠中将硫酸盐转化为硫化物，后者对结肠上皮有细胞毒作用。动物研究发现，与健康对照动物相比，溃疡性结肠炎活动期动物肠道中的肠杆菌和肠球菌数量增多，尤以肠球菌数量增多更为明显，而真杆菌、拟杆菌和消化链球菌数量明显减少，双歧杆菌数量减少最为突出。在溃疡性结肠炎患者粪便中还发现有黏附性和侵袭性的大肠埃希菌。Ohkusa等[10]从溃疡性结肠炎患者的结肠黏膜中分离出变形梭状杆菌，培养后用含有该菌的上清液给小鼠灌肠，24 h后发现小鼠结肠出现了黏膜下溃疡、炎性细胞聚集及凋亡等炎症表现。 　　1.2 克罗恩病患者的肠道菌群变化
　　已有研究发现，克罗恩病患者的肠道菌群变化具有自己的特点：在克罗恩病患者的肠黏膜炎症区，链球菌属占主导地位（占所有细菌数量的80%）；而在溃疡性结肠炎患者的病变黏膜中，乳酸杆菌属占主导地位（占所有细菌数量的90%）[11]。Verma等[8]的研究也发现，克罗恩病患者粪便中的乳酸杆菌、双歧杆菌、柔嫩梭菌、弯曲杆菌、拟杆菌和瘤胃球菌数量明显减少，而革兰阳性菌中的真细菌属和消化链球菌属数量增多，两种非优势菌群甲烷短杆菌和硫酸盐还原菌数量也有所增多。另有研究发现，克罗恩病患者粪便中的侵袭性大肠埃希菌数量增多，该菌可侵入肠上皮和巨噬细胞，促进白细胞介素-8和α-肿瘤坏死因子的分泌，导致发生肠道炎症并促进肠肉芽肿形成[12]。
　　2 炎症性肠病患者小肠细菌过度生长（small intestinal bacterial overgrowth， SIBO）的诊断及发生率
　　2.1 SIBO诊断
　　SIBO系由远端肠道内的细菌因各种原因移位进入小肠所致，主要表现为营养吸收不良、腹泻、腹胀和小肠动力异常等，通常以小肠液细菌培养的菌落计数>1×105 CFU/ml作为诊断标准[13]，但这是一种侵入性的检测方法。近年来，在炎症性肠病患者SIBO诊断方面，无创、简便、安全的乳果糖呼气试验（lactulose breath test， LBT）受到越来越多的关注[14]。
　　2.1.1 检测氢和甲烷的LBT
　　在进行LBT前12 h，患者须禁食，但可饮用少量白开水；在进行LBT过程中，患者应保持清醒、安静、空腹，同时保持环境空气流通。使用标准气体校准后检测患者基础呼气中的氢、甲烷丰度，然后嘱其快速服下乳果糖溶液10 g，每隔30 min采集1次呼气、共采集3次（90 min），检测并记录每次采集的呼气中的氢和甲烷丰度。参考国内、外相关文献[15-17]拟定检测氢和甲烷的LBT诊断SIBO的标准——1）检测氢的LBT阳性：①基础呼气中的氢丰度≥0.002%；②90 min内任一时点的氢丰度较基础值升高≥0.001 2个百分点；③90 min内任何时点的氢丰度均≥0.002%。2）检测甲烷的LBT阳性：①基础呼气中的甲烷丰度≥0.001%；②90 min内有1个早期即出现且持续的高平峰，峰值较基础值升高≥0.001个百分点。符合上述检测氢或甲烷的LBT阳性标准之一就可诊断为SIBO。
　　2.1.2 呼气分析仪
　　Sunvou-P200型纳库仑呼气分析仪是无锡尚沃医疗电子股份有限公司研发的最新型便携式呼气分析仪，可同时精确检测患者呼气中的氢、甲烷和一氧化氮丰度，其中呼气中一氧化氮丰度（fractional exhaled nitric oxide， FeNO）可反映炎症性肠病患者肠道炎症的情况[17]，检测以空腹时的基础值≥0.000 001%为阳性。
　　2.2 SIBO发生率
　　完整的回盲瓣以及正常的胃酸分泌、肠道运动和免疫系统可对抗SIBO的发生。但炎症性肠病患者由于功能损害，SIBO的发生率高于健康人群。Andrei等[18]应用LBT（检测氢）诊断了75例缓解期炎症性肠病患者的SIBO发生率，结果显示LBT阳性率为25.3%，其中在溃疡性结肠炎患者中为19.4%，在克罗恩病患者中为30.8%，克罗恩病患者较溃疡性结肠炎患者更易发生SIBO。与SIBO相关的危险因子包括全结肠受累的溃疡性结肠炎、累及肛周和回結肠的克罗恩病、全结肠切除术后回盲瓣缺失等。炎症性肠病患者若伴有SIBO，则往往更易有以下表现：平均每天排便次数较多；体质指数较低；持续的肠胃胀气。可联合应用检测氢的LBT和其他方法，以区分患者是炎症性肠病复发还是炎症性肠病伴发SIBO。Rana等[19]通过LBT观察到克罗恩病患者的SIBO发生率（45.2%）明显高于溃疡性结肠炎患者（17.8%），但炎症性肠病患者的检测甲烷的LBT阳性率（2.9%）明显低于健康对照者（24.4%），同时口-盲肠通过时间（oro-cecal transit time， OCTT）也明显慢于健康对照者。此外，克罗恩病患者的OCTT明显慢于溃疡性结肠炎患者；伴有SIBO的炎症性肠病患者的OCTT明显慢于无SIBO患者。炎症性肠病患者的OCTT延长可能与其SIBO发生率更高有关。
　　不过，人体肠道内存在产甲烷菌，可将氢转化为甲烷[20]。因此，若仅依靠检测氢的LBT会低估SIBO的发生率，这也是不同研究报告的炎症性肠病患者SIBO发生率差异较大的原因之一。Sunvou-P200型纳库仑呼气分析仪能同时精确检测炎症性肠病患者呼气中的氢和甲烷等丰度，可用于SIBO诊断。
　　Cohen-Mekelburg等[21]对147例炎症性肠病患者进行了SIBO诊断及药物治疗干预的回顾性队列研究，以评估伴发SIBO患者的临床特点以及治疗前后部分梅奥评分和Harvey-Bradshaw指数（Harvey-Bradshaw Index， HBI）值的变化。结果发现，147例患者中有61.9%的患者伴发SIBO，SIBO的治疗成功率为38.1%。在克罗恩病患者中，治疗后仍为SIBO者的HBI值从5降到4，而治疗成功者的HBI值则从5降到3（P= 0.005）；在溃疡性结肠炎患者中，治疗后仍为SIBO者的部分梅奥评分从2降到1.5，治疗成功者从2降到1（P= 0.607）。使用抗生素治疗克罗恩病患者的SIBO，其HBI值明显降低，具有统计学意义。未来应进一步研究和明确SIBO与炎症性肠病的关联。
　　3 FeNO与肠道炎症
　　内源性一氧化氮是由体内可诱导的一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase， iNOS）产生的气体信号传导分子，具有调节机体炎症和免疫功能等作用。呼气中的一氧化氮是指由口或鼻呼出的内源性一氧化氮，是非常敏感的气道炎症分子标志物。FeNO检测技术非常成熟，效度和信度均很好。目前，低流速（50 ml/s）的FeNO检测已在气道高反应性和哮喘患者管理中得到广泛应用，根据FeNO可很好地预测患者对吸入糖皮质激素治疗的应答。炎症性肠病患者肠道菌群组成和代谢产物的改变与肠黏膜免疫反应和炎症反应的被激活有关，可用高流速（200 ml/s）的FeNO检测来预测和评估肠黏膜的低度慢性炎症程度[22]。 　　Avdagi？等[23]采用传统的Griess反应比色法检测了30例溃疡性结肠炎患者、30例克罗恩病患者和30名健康对照者的血清一氧化氮水平，发现3组患者的平均血清一氧化氮水平（分别为15.25、14.54和13.29 μmol/L）有显著差异，且活动期和非活动期炎症性肠病患者的血清一氧化氮水平也有显著差异。若以血清一氧化氮水平17.39 μmol/L为切点作受试者工作特征曲线，鉴别活动期溃疡性结肠炎的敏感度和特异度均为100%；若以血清一氧化氮水平14.01 μmol/L为切点作受试者工作特征曲线，鉴别活动期克罗恩病的敏感度和特异度分别为88%和69%。炎症性肠病的活动性与肠黏膜的iNOS活性上调有关，而iNOS活性上调会提高肠黏膜和血浆的一氧化氮表达水平。
　　手持式FeNO检测仪可在诊室内方便地检测炎症性肠病患者的FeNO。Quenon等[24]用其检测了50例克罗恩病患者和25名健康对照者的FeNO，并检测了全部克罗恩病患者的疾病活动度、血液中的红细胞沉降率和C-反应蛋白水平以及粪钙卫蛋白水平。结果发现，若以克罗恩病活动度>150为诊断活动期疾病的切点，则在未使用糖皮质激素治疗的患者中，活动期克罗恩病患者的FeNO（0.000 002 2%）与缓解期克罗恩病患者和健康对照者的FeNO（分别为0.000 001 1%和0.000 001 7%）间均有显著差异。糖皮质激素治疗后的活动期克罗恩病患者的FeNO较未使用糖皮质激素治疗患者的FeNO显著降低（分别为0.000 001 2%和0.000 002 5%）。FeNO与克罗恩病的活动度显著相关（r=0.68， P<0.001）。FeNO与炎症指标红细胞沉降率、C-反应蛋白水平中度相关，但与粪钙卫蛋白水平不相关。FeNO检测有望成为一种可简便、无创检测克罗恩病患者系统性炎症的常规方法。
　　SIBO导致的脂多糖等内毒素释放可能引起肠道炎症，释放炎性介质、包括一氧化氮。Jayasooriya等[25]的研究发现，在BV2小胶质细胞中，革兰阴性菌产生的内毒素脂多糖可诱导一氧化氮和前列腺素E2等促炎介質的释放，其机制与上调了iNOS和环氧化酶-2的表达有关。
　　脂多糖是肠道内革兰阴性菌分泌的一种内毒素，在炎症性肠病发病过程中起着重要作用。Chu等[5]的研究发现，脆弱拟杆菌能通过其外膜囊泡将脂多糖传递到胞浆蛋白NOD2和自噬相关蛋白ATG16L1基因突变的小鼠的肠道树突状细胞中，进而诱导树突状细胞分泌白细胞介素-10并促进调节性T细胞的分化。当将脆弱拟杆菌接种到没有上述基因突变的小鼠肠道中后，该细菌有助于抑制与克罗恩病和肠易激综合征相关的炎症反应，而接种到有上述基因突变的小鼠肠道中则可促进肠道炎症的发生。Bates等[26]的研究发现，斑马鱼肠腔微绒毛刷状缘处的肠碱性磷酸酶（intestinal alkaline phosphatase， IAP）可使脂多糖脱磷酸化而无毒化。缺乏IAP的野生型斑马鱼对脂多糖的易感性增高，接触脂多糖后其肠道会募集大量的中性粒细胞。但于无菌条件下饲养缺乏IAP的野生型斑马鱼，其肠道中不会发生中性粒细胞募集现象。这些结果表明，内源性肠道微生态在斑马鱼肠道中建立了正常的中性粒细胞稳态，该稳态对维持肠道菌群的免疫耐受以及减少炎症反应起着重要作用。鉴于脂多糖能够上调体内一氧化氮的表达并在诱发肠道炎症中起着至关重要的作用，故高流速（200 ml/s）的FeNO检测有望成为一种检测肠道慢性炎症程度的敏感方法。
　　4 结语
　　SIBO在炎症性肠病患者中的发生率明显增高，肠道菌群紊乱、包括SIBO在炎症性肠病的发生和发展过程中起着重要作用。通过LBT（检测氢或甲烷）可便捷地筛查出炎症性肠病患者中的SIBO个体，应用FeNO检测则能明确炎症性肠病患者的疾病活动度。随着呼气试验仪器的不断普及，相信会对炎症性肠病诊治提供越来越多的帮助。
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