腸道內氫氣知多少?新檢測技術來了

2018-01-13 08:58:00

氫氣醫學有一個領域,就是通過促進腸道細菌產生氫氣,這種方法如何進行量化分析一直是一個難點,過去只能通過分析呼吸氣體中氫氣的含量,但不瞭解腸道內氫氣產生的過程和時間特徵,最新研究提供了一種氫氣分析膠囊,把這種膠囊吃下去,就可以連續分析胃腸道內氫氣產生的多少,不同時間和不同部位產生氫氣的情況等重要資訊。這種技術將對於氫氣食物學研究提高重要檢測方法。

這個技術也再次告訴我們,人的腸道內有細菌可產生氫氣,這個產量並不是非常高,2%左右,而且受到飲食的影響比較大。

圖中藍色為氫氣含量,前面是低纖維素食物,後面是高纖維素食物

本研究對高纖維素和低纖維素食物大腸內氫氣濃度進行分析,可以看到高纖維素食物能顯著提高腸道內氫氣的水平。


你的飲食是否健康有效?一種新的可攝入氣體感測器可以回答這個問題。


澳大利亞的一個研究小組開發了全世界第一款用於人體測試的氣體診斷藥丸,這種智慧膠囊能夠可靠地測量氧氣、氫氣和二氧化碳的含量,從而揭示膳食纖維攝入對小腸和結腸內的微生物活動的影響。



未來,這個電子藥丸不僅可能幫助制定最佳腸道健康的自定義飲食方案,還可以幫助醫生區分不同胃腸道疾病的早期體徵,如吸收綜合徵、克羅恩病、結腸炎、腸易激綜合徵,甚至結腸癌。

 

“目前,我們沒有任何工具能區分這些不同的疾病,”領導這項研究的澳大利亞墨爾本 RMIT 大學的電子工程師 Kourosh Kalantar-zadeh 表示。儘管結腸鏡檢查能揭示帶有炎症性病變或癌變的息肉,還是很多病人經常因腸道不適和多年未確診病因而感到痛苦。

 

Kalantar-zadeh 因此設想人們每年吃一兩次的可吞嚥的感測器來及早發現疾病,以避免因未能及時確診而拖延耽誤病情。他解釋說:“如果氣體指數超出規定的範圍,那我們就能及時發現腸道問題。”

 

這個藥丸的表面看起來就像你在健安喜(GNC)或是維他命(Vitamin)店裡購買的非處方藥的表面一樣。在這個一英寸的聚乙烯外殼裡麵包裹著兩個氣體感測器、一個溫度感測器、一個微型控制器、一個射頻發射器和鈕釦氧化銀電池。這個氣體感測器被密封在一個特殊的膜內,這種膜允許氣體進入,並能阻止胃酸和消化液進入。

 

Kalantar-zadeh 的可攝入膠囊將首次為人們提供有關腸道化學成分的資訊。

 

該測試系統是澳大利亞團隊之前在豬身上進行測試過的升級版本。系統通過調節感測器的加熱元件來確定腸道中氣體的含量。因為氧氣、氫氣和二氧化碳的傳熱性不同,所以感測器可以通過在多個溫度點進行測量來精確地確定這些氣體的含量。

 

通過演算法讀取感測器的資訊,並將訊號實時傳送到距離最遠 100 英尺的小型接收器,這種小型接收器可以當有人在家時放在口袋裡或放在床頭櫃上。接收器依次通過藍芽將資料傳輸到手機上,手機可以線上釋出資料,方便使用者和醫生監控。

 

目前市場上的數字藥丸已經可以測量腸內 pH 值和壓力。有些還可以得到實時食道和胃壁的圖片。此外,去年年底,美國食品和藥物管理局批准了第一種感測器類藥物,這種含有感測器的抗精神病藥物,能夠及時讓醫生知道精神分裂患者是否服用藥物,以及何時服用藥物。

 

如果 Kalantar-zadeh 的可攝取膠囊能夠經受更多的臨床檢查,它將成為全球首款提供有關腸道化學成分的資訊的感測器膠囊。

 

在試驗性實驗中,Kalantar-zadeh 與莫納什大學的營養學家和腸胃病專家合作,測試兩名男性和三名女性(均身體健康)吞下去的膠囊,這些實驗者均食用低纖維或高纖維純素食兩天。(另一名男子兩週之後也食用了同樣的選單。)高纖維飲食包括堅果、蠶豆、梨、無花果和全麥麵包等,而低纖維食物包括西紅柿、黃瓜、萵苣、西瓜和白麵包。

 

感測器獲取的含氧分子含量能告訴研究人員藥丸在腸道內的位置,這是因為氧氣濃度在 30 英尺長的消化道中從富氧的胃到接近厭氧的結腸而下降。Kalantar-zadeh 和他的同事通過直接用超聲波對藥片進行成像,證實了這種定位的準確性。


然後,他們量化了各種腸道細菌在多大程度上積極分解食物,並通過讀取微生物發酵的天然副產物氣體的含量釋放其宿主的營養素。(在一定程度上,二氧化碳分佈圖提供了類似的讀數,但是由於二氧化碳是由細菌和我們自己的細胞共同產生的,所以二氧化碳含量提供的資訊量更少。)

 

同時分析所有的氣體,研究人員可以得到的資訊有,比如,為什麼一個人在吃低纖維飲食後會便祕?這個人的結腸內的藥丸顯示其氫氣含量很低,這表明他腸道蠕蟲大多處於休眠狀態。只有在他再次食用一些纖維食物之後,其結腸的氫氣含量才會上升,這就解釋了他的腸蠕動也恢復的原因。

 

塔夫茨大學電氣工程兼材料科學家 Sameer Sonkusale 說:“他們已經展示了一個完全整合的平臺,這是一項工程性的碩果。”專門研究飲食對腸道微生物影響的臨床醫生非常認同這個說法。Mayo Clinic 的胃腸病專家 Purna Kashyap 表示:“總的來說,這項技術是非常前途的,如果氧氣含量真的是胃腸道內感測器膠囊定位的可靠指標,那麼這種感測器膠囊在未來可能產生重大影響。”

 

但是,Kashyap 也指出,超聲提供一個相對粗略的腸道運動指標。更重要的是,研究人員只使用這項技術在一個人身上。因此,他認為現在就認定這項技術比呼氣測試要好得多尚為時過早,他呼籲要進行更多更廣泛的驗證。

 

驗證其實已經正在進行中。去年,在澳大利亞政府的資助下,Kalantar-zadeh和他的臨床同事對20名健康的實驗者進行了測試。儘管實驗結果尚未公佈,但根據實驗室研究人員Kyle Berean的說法,“我們的膠囊測試的結果明顯好於呼氣測試的結果。”

 

Berean表示,團隊計劃通過使用放射性元素來標記膠囊並聯合 PET 成像來進一步驗證氧氣測試定位的準確性。他們希望進行一項涉及腸道疾病患者的大型試驗,以觀察膠囊是否能夠準確區分小腸細菌過度繁殖,其中正常生活在結腸中的微生物已經向上遊遷移,導致最終出現一些問題和狀況。

 

然而他們首先需要籌措資金,這也是他們成立創業公司 Atmo Biosciences 的動力。

 

去年9月,Atmo 成為首批入選 ANDHealth 的六家公司之一,ANDHealth 是澳大利亞新提出的數字醫療技術加速器專案,該專案為醫療技術領域的創業和啟動資金提供專業的建議和諮詢服務。ANDHealth 的專案經理 Bronwyn Le Grice 表示,在該計劃的 55 名申請人中,Atmo 因為擁有“一流的技術和大量廣闊的市場需求”脫穎而出。他認為,“他們有一些非常有希望的早期資料,同時,他們需要籌集資金,也需要進一步的試驗,但總之,成功的機會非常大。”

參考:

https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/diagnostics/swallowable-sensor-could-improve-your-diet




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