[发明专利]肠道菌群发酵气体的成分的检测方法及其仪器

说明书

一种针对肠道菌群发酵产气的测试方法，包括：把完成发酵的样品瓶放入样品仓；将取样针插入样品瓶取样；联通样品瓶与气体检测腔从样品瓶定量抽取发酵气体，使进入气体检测腔内的发酵气体占比达到第一梯度；利用传感器检测某发酵气体浓度C，推导出样品瓶中该发酵气体浓度；采用阶梯式进样模式，重复前述检测，直到完成所有预设梯度的肠道菌群发酵气体的检测，且各肠道菌群发酵气体的检测数据都符合预设气体传感器的检测量程；根据采集数据还原计算发酵小瓶的各种肠道菌群发酵气体的浓度。本发明还包括实施一种针对肠道菌群发酵产气的测试方法的仪器。本发明提供简便快速的适用于临床检测的肠道微生物发酵气体的成分的检测方法及其仪器。

技术领域

本发明涉及一种肠道菌群发酵气体的成分的检测方法及其仪器，尤其是一种 结肠菌群发酵气体的检测方法和仪器。

背景技术

肠道菌群有两大类代谢产物，短链脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFA) 和气体。众所周知，肠道菌群是影响人体健康的关键因素，而这种影响作用主要 是通过其代谢产物调控人体的生理功能来实现的。目前了解得比较清楚的是 SCFA的功能：参与人体的能量代谢、参与人体血糖稳态的维持、参与食欲调节、 体温调节，还与血压调节相关，是维护肠道屏障功能、肠道与全身免疫功能的关 键。相比之下，气体，主要有氢气、甲烷、二氧化碳和硫化氢等，对人体生理功 能的影响所知不多，与疾病的相关性却相对明确，主要是碳水化合物的消化不良、 以及与甲烷相关的便秘。这主要得益于呼气试验(breath test)的临床应用。 该方法主要是检测受试者呼气中氢气、甲烷等气体的含量来实现对小肠中微生物产气的间接分析，作为疾病的判断依据。这一临床检测方法始于上个世纪70年 代，目前已经被北美共识采纳，建议作为小肠细菌过度生长、碳水化合物的消化 不良、以及与甲烷相关的便秘的诊断依据。然而，针对结肠微生物产气分析的临 床应用几乎没有。

结肠是肠道菌群的主要聚居场所，与小肠中的微生物数量(10⁴-10⁷)相比， 结肠中微生物的数量为10¹⁰-10¹³，多100万倍。通常提及肠道菌群一般指的是结 肠的微生物，因此结肠的微生物产生的代谢产物，包括气体，也是大大超过小肠 细菌的产量。结肠微生物每天产生约1.2L的气体(Levitt,Gastroenterology， 1970)，主要释放路径有二，一个是肠壁吸收，进入血液随呼气排出体外，另一 个是随肠道内容物向结肠远端移动进而从肛门排出。可见，肠道菌群在结肠产生 的气体由于产气量庞大、释放途径不同，不能通过呼气试验来定量检测。而直接 从结肠采集气体，属于有创手术，个别的临床案例也许可行，但几乎不可能成为 科研样本的采集方法。可见，气体采集的困难导致了对肠道菌群气体研究的严重滞后。肠道菌群产生的气体，与SCFA并列两大肠道菌群代谢产物之首，却研究 甚少、数据的缺失，这势必造成对肠道菌群代谢产物认识的片面与不足，进而扭 曲我们对肠道菌群与疾病关系的认知。

肠道菌群被称为人体的第二基因组，却与人体基因组的高度稳定性不同，具 有高度的可塑性，主要受环境因素影响，包括出生方式、母乳喂养、饮食、抗生 素使用史等。而饮食是改变肠道菌群群组成及其代谢产物的主要因素(David， Nature，2014)。近50年来，免疫相关疾病、癌症、代谢疾病等慢病的发病率 持续上升，这种趋势与人们在饮食、生活方式的改变呈现高度的一致性，表明肠 道菌群在这些疾病的发生、发展中的发挥了重要作用(David，Nature，2014)。 另一方面，肠道菌群的高度可塑性也使其成为治疗与预防这些现代慢病的主要靶 标(Gentile,Science，2018)。这种高度可塑性同时也造就了肠道菌群在个体 间的巨大差异。因此，肠道菌群被认为是精准医学的主角，而个性化的检测成为 实施精准医学的基础。目前，肠道菌群代谢产物的检测，在临床检验领域还是一 片空白。