氫呼氣試驗應和氫氣醫學（1）
血藥濃度係指藥物吸收後在血漿內的總濃度，有時可泛指藥物在全血中的濃度。藥物作用強度與藥物在血漿中濃度成正比，藥物在體內的濃度隨著時間而變化。對於氫氣來說，血藥濃度就是血液中氫氣濃度，分析的標準方法是採集血液後用氣相色譜法進行分析。但是這種方法一是需要採集血液，另外一個是分析技術要求比較高。能代替這種方法最理想方法就是對呼出氣體氫濃度進行分析，這是能準確體現血液氫氣濃度的方法，無創且簡單。幸運的是，氫呼氣試驗是一種臨床疾病診斷技術，早就已經使用。氫醫學只需要拿來借用，並就這種方法的具體使用細節進行驗證就可以。但氫醫學領域對這個技術並沒有足夠重視，我就2014年的一篇這方面的技術文章給大家分享，以引起大家重視。
ShinW . Medical applications of breath hydrogen measurements[J]. Analytical andBioanalytical Chemistry, 2014, 406(16):3931-3939.
呼出氣體中成分分析技術主要用於疾病診斷，其中氫呼氣試驗有比較重要的地位和價值。本文首先對當前流行的氫呼氣試驗常用分析方法進行簡介。呼出氣氫濃度分析診斷疾病的原理是基於腸道內細菌可以製造和利用氫氣。文章列舉討論了氧化應激、腸道疾病、代謝紊亂等10種應用場景。技術問題涉及氫氣呼吸試驗、樣品採集、預處理和成分分析等，其中分析系統和新傳感器是重要的研究課題。
醫學氣體有望未來在臨床和預防醫學領域發揮重要作用。最近幾十年，醫學氣體分子的相關知識快速增加，幾種常見氣體包括一氧化氮、一氧化碳、硫化氫和氫氣，這些氣體有的如一氧化氮具有非常重要的生理功能，有的如氫氣具有非常大臨床應用潛力。可燃氣體氫氣和甲烷在人呼出氣體中含量為ppm級，是腸道細菌代謝產物，這兩種氣體含量經常作為腸道細菌代謝的分析指標（圖1）。
圖1 呼出氣體中氫氣來自腸道細菌代謝。
呼吸氣中氫氣反映結腸內碳水化合物發酵情況。當小腸內無法消化吸收的他水化合物進入結腸後，細菌可以通過無氧發酵迅速分解這些能量物質，產生短鏈脂肪酸，也有二氧化碳、氫氣和甲烷。這些氣體可以通過循環系統運輸到肺排出體外，所以氫呼氣試驗能測定口盲腸傳輸時間（orocecal transit time ，OCTT）。也可以用來輔助分析和診斷結腸發酵、異常發酵、半乳糖和/或乳糖不耐症和腸易激綜合症等。
口盲腸傳輸時間測定能檢測胃腸傳輸動力，胃腸動力是指正常的胃腸蠕動以幫助完成食物消化和吸收。當胃腸動力差時，就會引起消化不良。和其他臨床檢查如鋇餐X線試驗、閃爍描記法等有損傷檢查方法相比，使用氫呼吸試驗測定口盲腸傳輸時間最突出的特點是無創性，也具有操作簡便、花費少的優點。
正常人體內氫氣含量很少，主要來源於腸道細菌代謝被消化道吸收，經過循環系統運輸到肺釋放到體外。細菌產生氫氣主要決定於未消化食物進入大腸的量，腸道內碳水化合物達到2克以上，細菌就可以產生甲烷和氫氣，其中大部分經過肛門排除，14-21%經腸黏膜擴散進入血液，然後大部分經過肺呼出體外。
口盲腸傳輸時間測定方法。健康受試中口服乳果糖後，口盲腸運輸時間的範圍在40到170分鐘之間，攝入固體食物後口盲傳輸時間在192到232分鐘之間。建議採用100毫升的水裡有10g乳果糖，陽性值標準按照有連續兩次氫濃度³10 ppm的升高。具體測定時，讓患者口服10-20可乳果糖，然後10-30分鐘一次測定呼出氣中氫氣濃度，測定時讓受試者深吸一口氣，屏氣10秒以上，然後緩慢充分將氣體吹入測定儀。如果無法進行這樣的程序，也可採集呼出氣體後採樣分析。
2007年日本醫科大學學者用腦缺血動物模型證明氫氣具有選擇性中和羥基自由基減少氧化損傷的作用，提示氫氣對腦缺血等氧化應激相關疾病具有潛在應用價值。日本中國等國家關於氫氣醫學的基礎和臨床研究大量開展，相關學術組織和學術會議也遍地開花，給氫氣醫學的學術交流提供了便利。作為一種輔助醫療手段，氫水和氫氣吸入設備的商業化也受到廣泛重視。
和其他傳統的醫學檢測方法相比，氫呼氣試驗具有無創性和安全性的優點，這吸引了臨床醫學的極大關注。但是氫呼氣試驗在臨床驗證、標準程序和驗證方法等都相對缺乏，導致數據分析沒有統一標準。將來需要在氫呼氣試驗診斷疾病範圍方面更多探索。
一、分析呼吸氣體中的氫氣的價值
圖2 氫呼氣試驗的臨床應用
本文主要關注三個方面的內容。一是氫呼吸試驗作用。圖2總結了氫呼氣試驗的各種應用。氫呼氣試驗最重要的應用是測定口盲腸傳輸時間。
二是如何採集呼氣樣本，受測試者如何準備。呼吸氣採集使用氣袋或固相微萃取(SPME)，其中氣袋採樣法更常用。固相微萃取(solid-phase microextraction, SPME)技術是1989年由加拿大Waterloo大學Paw linszyn及其合作者Arthur等提出的。最初研究者將該技術應用於環境化學分析（水、土壤、大氣等），隨著研究的深入和方法本身的不斷完善及裝置的改進，現在已逐步擴展到食品、醫藥、生化、毒理和法醫學等諸多領域。許多因素影響呼出氫氣的水平，如年齡、疾病、病情、採樣時間、採樣袋類型和口腔清潔情況等。
三是氫氣分析系統。可攜式裝置是比較理想的選擇。雖然氣相色譜也用於氫呼氣分析，更多用於呼吸氣體中揮發性成分分析，也有採樣傳感器方法，但傳感器容易受水蒸氣幹擾。
甲烷測試也不要忽視，有時候氫氣和甲烷一起測試，對減少假陰性率有一定幫助。