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摘要
背景/目的-虽然胀气的社会意义主要来源于它的气味，但以前的研究主要集中在直肠气体的无气味成分上。本研究的目的是确定含硫气体在放屁气味中的作用，并测试一种据称可以减少这种气味的装置的功效。
方法-通过直肠管定量收集16名健康受试者的胀气，这些受试者摄入斑豆和乳果糖以增加胀气量。每个通道中含硫气体的浓度与两位法官评估的气味强度相关。在用醋酸锌(它能结合巯基化合物(硫化氢和甲硫醇)或活性炭处理放屁样品后，还测定了气味强度。研究人员利用不透气的聚酯薄膜裤子，对8名受试者的肛门内注入的木炭衬垫吸附含硫气体的能力进行了评估。
结果含硫气体主要成分为硫化氢(1.06 (0.2)μmol/l)，其次为甲硫醇(0.21 (0.04)μmol/l)和硫化二甲酯(0.08 (0.01)μmol/l)(均值(SEM)。恶臭与硫化氢浓度显著相关(p⩽0.001)。醋酸锌降低了硫磺气体含量，但不能完全消除气味，而活性炭几乎可以去除所有气味。缓冲层吸附了90%以上的硫磺气体。
结论-含硫气体是人类放屁的主要但不是唯一的恶臭成分。木炭衬里的垫层有效地限制了这些含硫气体逃逸到环境中。
- 肠胃胀气
- 气味
- 含硫气体
- 硫化氢
- 木炭
数据来自Altmetric.com
自有记载以来，直肠气体一直是科学和排泄物学的一个话题。人们对放屁的迷恋与它的体积无关，每天200-2500毫升，1，2而是它那令人作呕的气味。然而，从1816年开始，几乎所有关于放屁的科学出版物，3.重点研究了在数量上很重要，但没有气味的成分(氧、氮、二氧化碳、氢和甲烷)。1 - 5气味来自已被证明难以识别和量化的微量成分。
对有气味的粪便化合物最严格的研究涉及对人类粪便产生的气体进行气相色谱-质谱分析。含硫化合物(甲硫醇、二甲基二硫化物和二甲基三硫化物)被认为是造成这种难闻气味的原因。6此外，一些报告利用非定量技术研究了放屁中的含硫气体。3.，7然而，目前还没有系统的，定量的研究含硫气体排泄在放屁。本研究的目标是确定和量化人体胀气中的含硫气体，确定这些气体在多大程度上造成令人反感的气味，并评估一种正在作为治疗过度有害胀气的药物销售的设备的功效。
材料与方法
胀气的研究
主题
从16名健康受试者(6名女性和10名男性，年龄18-47岁)中获得胀气样本，在过去3个月内没有胃肠道疾病史或抗生素摄入史。该方案得到了明尼阿波利斯退伍军人事务医疗中心人体受试者委员会的批准。
饮食
为了确保排气量，受试者的饮食通常在研究的前一天晚上和早上补充200克扁豆，在气体收集前两小时再加上15克乳果糖。研究人员从三位受试者身上采集了不补充饮食的胀气样本。
气体收集系统
通过直肠管(Davol, Cranston, Rhode Island, USA)与不透气袋(Quintron, Milwaukee, Wisconsin, USA)连接收集胀气。初步研究表明，肛门可以用直肠管进行气密密封，前提是直肠管是专利的。每个通道收集在一个单独的袋子中，并通过吸入校准的注射器来确定体积。
硫磺气体的鉴定和回收评估
最初，通过气相色谱-质谱分析确定含硫气体的身份，随后，通过特征气相色谱保留时间确定。初步研究表明，含硫气体，特别是硫化氢，与玻璃、一些塑料和橡胶迅速反应，但在聚丙烯注射器中是稳定的(随后用于所有气体转移)。通过直肠管注入袋子的含硫气体被完全回收。
感官(气味强度)评估
放屁的气味是由两位法官评定的，他们在初步研究中表明，他们有能力识别各种气味，并区分主要含硫气体的气味。在一项盲法研究中，两位法官都显示了他们正确识别含硫气体浓度在0.022-0.45 mmol/l浓度范围内三倍差异的能力。在放屁气味的研究中，两支20毫升的注射器被盲目和随机地呈现给每位法官;一个含有10毫升气体，另一个含有10毫升大气。在一个没有气味的环境中，评委们将注射器距离鼻子3厘米远，慢慢地喷出气体，并吸了几次。8气味以0(“没有气味”)到8(“非常令人讨厌”)的线性等级进行评级。20秒后，对另一个样品重复此过程。
醋酸锌和活性炭处理
锌与硫化氢和甲硫醇反应，而活性炭吸附许多额外的气味化合物。等份(20毫升)的胀气与3毫升15%的醋酸锌溶液在37°C下混合5分钟，或通过一个5厘米× 0.5厘米的含有活性炭的柱。如上所述，对未处理和处理样品的气味进行了比较。
含炭垫的评价
收集系统
8名受试者穿着金属化尼龙-低密度聚乙烯(聚酯薄膜;Anagram International Inc.， Minneapolis, Minnesota, USA)，用管道胶带密封在腰部和大腿的皮肤上。对浸泡在水中的受试者的研究表明，裤子没有泄漏，注入裤子的气体也完全被回收。裤子上有两个孔。其中一个端口的内部连接着一根可以放置在肛门上的导管。
缓冲评估
一种商用设备的能力(嘟嘟捕捉器;UltraTech Products Inc.， Houston, Texas, USA)用于减少放屁气味。该装置由织物覆盖的聚氨酯泡沫垫(43.5 × 38 × 2.5 cm)组成，其中一个表面涂有活性炭。此外，还使用了一模一样的“安慰剂”坐垫(用聚酯薄膜包裹木炭)。裤子里放了两个垫子中的一个或没有垫子。将输液管的一端(内衣内)放在肛门处，受试者坐在垫子上(如果正在测试垫子的话)。将含有1.8 mmol/l硫化氢、甲硫醇和二甲基硫化氢的200 ml气体样品在肛门内注入5秒，并通过第二个端口向裤子内注入5 ml乙烷，以提供气体总量的稀释指标。60秒后，通过触诊将裤子中的气体混合，并获得样本进行分析。将裤子冲洗干净，然后以随机顺序重复上述步骤进行其他处理。
分析技术
测量使用HP 5890A气相色谱仪(惠普公司，帕洛阿尔托，加利福尼亚州，美国)，配备了专门用于含硫化合物的火焰光度检测器和用于乙烷的火焰电离检测器。为了测量硫磺气体，将1.0 ml气体样品注入到Teflon色谱柱上(2.4 m, 3.1 mm外径填充Chromosil 330 (Supelco, Bellefonte, Pennsylvania, USA))，保持在65°C。载气为氮气(15 ml/min)。乙烷采用分子筛柱(1.05 m，外径3.1 mm, 5A填料)，烘箱温度100℃，载气为氮气(40 ml/min)。浓度是通过与已知的真实气体浓度进行比较来确定的。
结果
胀气的研究
表格1总结了摄入补充膳食的受试者的胀气分析结果。在四个小时的测试期间，受试者通过了三到九个样本。每个胀气样本的体积平均为107 (8.1)ml。
主要含硫气体通常是硫化氢，其次是甲硫醇和二甲基硫化物。在22%的样品中，甲硫醇的浓度超过了硫化氢。其他硫磺气体的浓度很低，无法进行鉴定。从三名食用正常非补充饮食的受试者中获得的13个胀气样本也观察到了类似的结果(数据未显示)。
含硫气体浓度的总和与气味强度显著相关(表2)2)．硫化氢的相关性最强，其次是甲硫醇和二甲基硫化物。大气样品的气味强度平均为0.16(0.05)。为了确定胀气中的含硫气体是否产生有毒气味，将真实标准混合在模拟人体胀气平均成分的浓度中:硫化氢，0.90 mmol/l;甲硫醇，0.36 mmol/l;二甲基硫化物，0.18 mmol/l。两位法官都认为这种气体混合物有一种明显令人反感的气味，类似于放屁。当这三种气体分别呈现给评委时，硫化氢、甲硫醇和二甲基硫化物的气味分别被描述为“臭鸡蛋”、“腐烂的蔬菜”和“甜味”。含有不同浓度硫化氢和甲硫醇的混合物有明显不同的气味。
用活性炭处理几乎消除了所有含硫气体和气味。用醋酸锌处理也显著降低了硫化氢和甲硫醇的浓度，并减少但没有消除难闻的气味(表2)3.)．
表格1比较男性和女性的放屁。与男性相比，女性放屁时硫化氢的浓度明显更高(p<0.01)，气味强度也更高(p<0.02)。然而，男性往往比女性排出更多的气体(p = 0.055)。因此，在每一段航程中，男性和女性的硫磺气体量没有差别。
含炭垫层的功效评价
如图所示1使用木炭垫后，每一种硫磺气体的体积减少到没有垫的9%左右(p<0.01)，使用安慰剂垫的20%左右(p<0.01)。
在有活性炭垫、安慰剂垫或没有垫的情况下，将气体注入肛门时，泄漏到气密性裤子环境中的含硫气体的体积。硫化氢(黑色柱)、甲硫醇(阴影柱)和二甲基硫化物(白色柱)的值显示为8名受试者总共58次灌注的平均值(SEM)。方差分析显示，三种处理间差异均为p<0.01。
讨论
多年来，氨基酸的芳香族分解产物如吲哚和臭鼬素被认为是放屁中的主要恶臭化合物。11 - 13然而,摩尔等6发现少量的吲哚和臭鼬素会从人类粪便中释放出来，这些化合物的气味与人类粪便的气味明显不同。他们得出结论，细菌来源的有机硫化物，主要是甲硫醇、二甲基二硫化物和二甲基三硫化物，是粪便中产生的主要恶臭化合物。6
相比之下，我们对人体放屁的分析表明，硫化氢、甲硫醇和二甲基硫化物的浓度比其他含硫气体高得多。这些化合物都是生理温度(沸点<38°C)下的气体。我们未能在放屁中检测到可观浓度的二甲基二硫化物和二甲基三硫化物，这可能反映了这些化合物的低挥发性(沸点>100°C)。
确定气味的质量和强度需要人的鼻子(和大脑)作为仲裁者，即所谓的感官技术。14我们发现，放屁样品的气味强度与含硫气体的总量之间存在高度显著的正相关关系。此外，含有硫化氢、甲硫醇和二甲基硫化物生理浓度的“人工”放屁样本有一种令人不快的气味，让人联想到直肠气体。由于78%的样品中硫化氢是主要的硫磺气体，而且这种气体的浓度与气味的相关性最强，因此硫化氢似乎是放屁气味最重要的决定因素。值得注意的是，我们的研究对象通过食用富含斑豆的饮食来刺激肠胃胀气。这是可能的，饮食中含有一些其他来源的不可吸收的发酵物质会导致其他恶臭化合物。
硫化氢和甲硫醇有不同的难闻气味，而二甲基硫化物有一种“甜味”气味，可能在放屁不良气味中起不到什么作用。对含有不同相对浓度的硫化氢和甲硫醇的气体混合物的研究表明，这些气体的不同浓度可能是造成个别放屁样品嗅觉质量差异的原因。
硫化氢、甲硫醇的重要性的进一步证据,屁的气味所提供的研究表明,治疗与乙酸锌的样本,而具体结合这些巯基化合物,显著降低气味。然而，在一些样品中持续存在的难闻气味表明，除了这两种气体外，挥发物也起了作用。用活性炭处理几乎消除了所有样品的难闻气味。
男性往往比女性更容易产生令人反感的胀气，这一坊间说法并没有得到我们在一小群受试者中进行的有限观察的支持。尽管差异很大，但两位法官都认为女性放屁的硫化氢浓度明显更高，气味也明显更难闻。然而，在实践中，臭气刺激鼻子的能力是一个个体通道中有毒气体体积(而不是浓度)的函数。由于男性在每次飞行过程中所排出的气体量往往更大，因此在每次飞行过程中所排出的硫磺气体量上没有观察到显著的性别差异。
硫化氢是硫酸盐还原细菌代谢的产物，这种生物利用硫酸盐作为氢或低分子质量有机底物异化过程中产生的电子的受体。15，16用于这些反应的硫可能来自粘蛋白或饮食来源。因此，这些气体的产生可能会通过改变结肠菌群或硫或异化底物的结肠有效性的操作来减少。硫酸盐在小肠中难以吸收，它自然存在于十字花科蔬菜(卷心菜、西兰花)和坚果中，也作为面包和啤酒的添加剂存在。17另一个主要的膳食来源是蛋白质中的含硫氨基酸(蛋氨酸，半胱氨酸)。然而，如果这些蛋白质要作为结肠细菌的硫源，它们必须在小肠中被不完全吸收。
活性炭和锌能去除硫磺气体并消除放屁的难闻气味，这表明这些产品，无论是在内部还是外部(肛门周围)使用，都可能对患有过度难闻的直肠气体的人具有治疗潜力。市面上唯一据称可以减少放屁气味的产品是一种含炭的坐垫。要客观地测试这种装置的功效，需要对逃逸到当地环境中的硫磺气体的体积进行可重复的测量。为此，我们制作了不透气的聚酯薄膜裤子，并在裤子中插入了主动垫，一个相同的安慰剂垫，或没有垫。在肛门注入硫磺气体后，对裤子气体空间的测量表明，与没有垫子的人相比，有活性垫子将硫磺气体浓度降低了约11倍，与安慰剂垫子相比，降低了约6倍。虽然木炭垫很有效，但却很笨重。可以开发出不那么笨重的吸收装置，使用本研究中描述的方法可以很容易地测试这种装置的功效。
致谢
我们要感谢Thomas P Krick(明尼苏达大学生物化学系)对含硫气体的质谱分析。这项工作得到了退伍军人事务部和国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所(RO1-DK-13093)的部分研究资金的支持。