侯鑫，玉王寧，秦鵬，程鑫穎,3*

（1.河北工程大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院，河北邯鄲 056038）（2.晨光生物科技集團股份有限公司，河北邯鄲 056107）（3.河北省植物資源綜合利用重點實驗室，河北邯鄲 056107）

功能糖是一類具有特殊功效的碳水化合物，主要包括功能性低聚糖（如短鏈菊粉、低聚果糖、大豆低聚糖、水蘇糖、棉子糖）、功能性膳食纖維（如長鏈菊粉、大豆膳食纖維、果蔬膳食纖維、抗性淀粉）和功能性糖醇（如木糖醇、山梨醇、甘露醇）等。功能糖，尤其是功能性低聚糖，在促進腸道動力[1]、保護腸粘膜屏障[2]、調(diào)節(jié)腸道菌群[3]、提高機體免疫力[4]等方面均具有積極作用。然而，在食用功能糖的過程中，部分人會出現(xiàn)腹脹的現(xiàn)象，其原因尚不明確[5]。腹脹包括腹部膨脹（Abdominal Distension）的現(xiàn)象和脹氣（Bloating）的感覺[6]。脹氣是一種腹部壓力增加、腹部膨脹或腹部緊張的癥狀或主觀感覺，通常與腸易激綜合征（Irritable Bowel Syndrome，IBS）等功能性胃腸疾病有關[6]。腹脹作為一個獨立的疾病被納入羅馬III 診斷標準，診斷前6 個月出現(xiàn)腹脹且最近3 個月中至少每月出現(xiàn)3 天即可確診，稱為功能性腹脹[7,8]。腹脹的發(fā)生機制十分復雜，可能與腸道氣體生成量增多、氣體分布異常、腸道菌群改變、食物不耐受、內(nèi)臟敏感性改變、腸道動力改變、腹壁肌肉張力改變、精神心理因素異常等諸多因素有關[9,10]。近年來，功能糖與腸道脹氣的關系備受關注，本文主要就功能糖引發(fā)腹脹的原因、檢測方法，以及干預策略進行論述。

1 功能糖引發(fā)腹脹的機制

1.1 腸道氣體、水分產(chǎn)生增加

腸道內(nèi)容物成分包括氣體、空氣、水和糞便物質(zhì)。腸道氣體是由腸道細菌發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生的氣體，通常由體積分數(shù)59% N2、21% H2、9% CO2、7% CH4以及4% O2組成，正常的腸道氣體產(chǎn)生和消耗見圖1[9]。其中H2和CH4僅由腸道細菌代謝產(chǎn)生，因此腸道內(nèi)H2和CH4水平升高提示腸道細菌對攝入的碳水化合物代謝增加[11]?？偟膩碚f，腸腔內(nèi)的空氣和氣體量與吞咽氣體過多、結腸或小腸細菌產(chǎn)生氣體增加有關，而腸道產(chǎn)氣增加與腸道細菌過度增殖、菌群改變，使食物殘渣腐敗產(chǎn)氣增多有關[12]。

圖1 正常氣體的產(chǎn)生、吸收和排泄[9]Fig.1 Normal gas production,absorption,and excretion

不同功能糖對腸道水分產(chǎn)生的影響也不同。有研究表明，具有滲透活性的不可吸收的雙糖乳果糖和多元醇甘露醇均可導致小腸水分的顯著增加[13]。相比之下，服用滲透活性較低的菊粉能使水分沿滲透梯度快速吸收至組織間液，因此對小腸水分影響小于乳果糖和甘露醇。但由于菊粉在小腸中不被吸收，直接進入結腸中被細菌發(fā)酵利用，因此可以增加結腸容積和腸氣以及患者的呼吸氫含量[14]。Kathryn 等[14]在研究中亦發(fā)現(xiàn)，菊粉引發(fā)的腹脹與小腸水分增加并無顯著相關性，而與結腸容積以及患者呼吸氫含量有一定關系。在16 名志愿者中，13 人（81%）在飲用菊粉后呼吸氫含量增加，但在健康志愿者中并未引起不適癥狀。同樣，Derrick 等[15]的研究也發(fā)現(xiàn)，功能糖等不易吸收的碳水化合物可延長腸道產(chǎn)氫時間、增加腸內(nèi)CH4的產(chǎn)出量，從而引起腹脹。不同功能糖對小腸含水量和結腸產(chǎn)氣的影響見表1。

表1 不同功能糖對小腸含水量和結腸產(chǎn)氣的影響Table 1 Studies investigating the effect of functional sugar on small intestinal water content and colonic gas production

功能糖引發(fā)腸道產(chǎn)氣增加可能與其對腸道微生物的影響有關。腸道微生物在人體健康中發(fā)揮著重要作用，影響著從代謝性疾病到胃腸道紊亂等慢性疾病的發(fā)展[16,17]。飲食習慣和環(huán)境因素對腸道菌群的形成有著深刻的影響[18,19]。腸道菌群具有明顯的個體差異，其組成與宿主的體重指數(shù)（Body Mass Index，BMI）（25%）、腰臀比（24%）、空腹血糖水平（22%）、血糖狀況（25%）、高密度脂蛋白（HDL）水平（36%），以及每月乳糖攝入量（36%）等均有顯著相關性[19]。因此，同樣的生活干預方式經(jīng)常觀察到不同的結果。最近的研究[20]也表明，個體的初始腸道菌群狀況是預測其對活性益生菌干預反應的關鍵決定因素。根據(jù)以往的飲食多樣性歷史，個體對不同的食物有高度個性化的微生物組反應，這也就解釋了為什么部分人服用功能糖會出現(xiàn)腹脹現(xiàn)象，而另一些人并無不適癥狀[21]。同上，另一項研究也顯示：腸道中甲烷產(chǎn)量依賴于甲烷桿菌（Methanobacteria）的存在，而功能糖菊粉降解過程中H2產(chǎn)量的個體間差異是由毛螺菌科（Lachnospiraceae）類群驅動的[22]。微生物組中相對普遍的代謝過程，如氫氣的產(chǎn)生，更多地依賴于功能糖等底物，而罕見的代謝過程，如甲烷生成，則更強烈地依賴于腸道微生物組成。總的來說，這些結果表明，功能糖的化學成分和微生物群的組成與腸道氣體的產(chǎn)生有關。

不同種群的腸道細菌通過發(fā)酵功能糖來發(fā)揮作用，腸道菌群對功能糖的發(fā)酵主要產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFA）（醋酸、丙酸和丁酸）、氣體（H2、CO2和CH4）和有機酸（乳酸，琥珀酸，丙酮酸）等[23]。腸道氣體的穩(wěn)態(tài)取決于它的形成和消耗之間的平衡。腸道氣體有4 個主要來源：吞咽的空氣，腸道內(nèi)的化學反應，血液中氣體的擴散，以及微生物的新陳代謝。氣體的消耗是通過打嗝，被血液吸收，細菌消耗和肛門排出等方式來實現(xiàn)的。由于功能糖在大腸中迅速酵解，氣體產(chǎn)生過快不能及時吸收或排出，從而導致腹脹的現(xiàn)象。研究[24]顯示，使用淀粉包裹可以延遲膳食纖維的發(fā)酵速度，從而減輕其引發(fā)的腹脹。數(shù)據(jù)表明，相對于高聚合度的功能糖，短鏈低聚糖發(fā)酵更迅速，可產(chǎn)生更多的氣體和短鏈脂肪酸。而且，短鏈低聚糖和長鏈低聚糖的混合可以降低短鏈低聚糖的發(fā)酵速率和發(fā)酵程度，從而減緩產(chǎn)氣速度[25]。低聚果糖和菊粉混合，也可以減少產(chǎn)氣量[26]。不同人由于腸道菌群不同，對功能糖的發(fā)酵速度有差異，因此產(chǎn)生腹脹的程度亦不同。

功能糖可改變腸道菌群結構。寄生在人體腸道內(nèi)的微生物所組成的微生物生態(tài)組又稱為腸型（Enterotype）。腸型的提出采用了物種多樣性、厚壁菌門與擬桿菌門的比率，以及有益菌屬（如雙歧桿菌、阿克曼氏菌）與兼性厭氧菌（大腸桿菌）、瘤胃球菌或非細菌微生物的相對豐度等指標[27]。由于不同細菌分泌的能分解糖苷鍵的酶的種類或數(shù)量不同，使得腸道細菌對功能糖的發(fā)酵具有選擇性。因此，用不同的功能糖干預，會形成不同的腸型。最新研究[28]顯示，低聚果糖和菊粉由果糖分子通過β-1,2 糖苷鍵連接而成，可被雙歧桿菌利用，從而顯著增加腸道中雙歧桿菌的豐度，同時糞桿菌和乳酸菌的相對豐度也有所增加，而擬桿菌、梭狀芽胞桿菌及其他革蘭氏陽性菌的相對豐度減少[26]。大腸菌群對氣體代謝的凈效應取決于產(chǎn)氣菌和耗氣菌之間的平衡。例如，產(chǎn)氣莢膜梭菌等腸道產(chǎn)氣菌增多可以通過發(fā)酵產(chǎn)生大量H2和CO2；而硫酸還原菌等耗氣菌則可以消耗很大一部分發(fā)酵產(chǎn)生的氣體，并釋放出少量的含硫惡臭氣體[54]。目前功能糖是否引起結腸產(chǎn)氣菌或耗氣菌的豐度改變還有待進一步研究。

1.2 腸道氣體分布異常

上述腸道氣體產(chǎn)生的增加會導致腸道脹氣的增加，但不一定會導致腹脹現(xiàn)象。一項調(diào)查患者乳果糖呼吸試驗、腸道氣體量與胃腸癥狀（疼痛和脹氣）之間關系的研究[29]發(fā)現(xiàn)，癥狀與氣體量評分之間雖然存在相關性，但相關性較弱。事實上，研究[30]表明，與功能性胃腸疾病患者不同，大多數(shù)正常受試者能夠承受較大的氣體負荷，能夠排泄大量氣體而無主訴癥狀。Morken 等[31]也發(fā)現(xiàn)，正常結腸在放松和容納氣體狀態(tài)下均可以不引起腹脹癥狀，結腸中氣體量與腹痛和腹脹的癥狀之間沒有顯著相關性。綜上，在腹脹的發(fā)生過程中還應考慮其他因素，腸內(nèi)氣體分布異常可能也發(fā)揮了重要作用。

Jackie 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，腹脹可能由腸道氣體量及氣體分布共同決定。腸道內(nèi)的氣體量決定腹脹，而癥狀感知則取決于腔內(nèi)氣體分布，可能還取決于腸道運動對氣體負荷的反應。小腸擴張會產(chǎn)生較明顯的腹部癥狀，而結腸似乎能夠容納大量氣體而不引起腹部不適[32]。與之類似，Kaur 等[24]發(fā)現(xiàn)，近端結腸的氣體體積可能比同體積的遠端結腸影響更加明顯。發(fā)酵速率可能會根據(jù)發(fā)酵在結腸中發(fā)生的位置而影響個體耐受性，發(fā)酵較快的纖維比發(fā)酵較慢的纖維更易引起不適。

異常的氣體傳輸和氣體回流可導致腸道氣體分布改變，并引起近端腸脹氣的癥狀[53]。功能糖可能通過影響腸道菌群結構，從而影響腸道氣體的分布。由于果糖、菊粉等在小腸中不能吸收，進入結腸后可能引起繼發(fā)性細菌過度生長，導致小腸內(nèi)食物的異常發(fā)酵或結腸微生物群亢進，從而增加小腸中氣體的產(chǎn)生，引起腹脹癥狀[54]。另外有研究[33]表明，小腸細菌過度生長可通過引起腸道運動和感覺改變進而引起腹脹等癥狀，而通過給予調(diào)節(jié)腸道菌群的藥物能夠明顯改善腹脹癥狀。目前對腸道細菌識別、轉運和利用功能糖的機制知之甚少，最新研究[34,35]發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)一些有害細菌以及未知的腸道細菌也具有代謝功能糖的能力。例如，一種與多種病理如IBS 相關的細菌Dorea longicatena已經(jīng)被證明可以利用低聚果糖[36,37]。這些有害細菌是否引起小腸細菌改變以及氣體產(chǎn)生尚不可知，此外，不同種類和劑量的功能糖對腸道細菌異位的影響也有待進一步研究。

1.3 腸道對內(nèi)容物的感覺障礙

在臨床實踐中，許多患者產(chǎn)生無任何原因的腹脹癥狀，這些癥狀與腸道內(nèi)容物耐受性差有關，包括反射控制受損和胃腸道過敏[38]。Levitt 等[39]研究了腹脹感與食物發(fā)酵和腸內(nèi)氣體產(chǎn)生量的關系，表明腹脹并不一定與氣體產(chǎn)生量的增加有關，而可能與腸道氣體運動的紊亂、腸道對內(nèi)容物的感覺障礙等有關。即使腸道內(nèi)的氣體總量并不過多，由于腸道有明顯的超敏反應，也可導致患者出現(xiàn)腹脹癥狀[40]。有研究[41]顯示，腸易激綜合征（Irritable Bowel Syndrome，IBS）患者和沒有IBS 的健康個體（對照組）在攝入果糖或菊粉后有相似的生理反應。服用菊粉后有腹脹的患者，癥狀與腔內(nèi)氣體水平有關，但峰值氣體水平在腹脹者、無腹脹者和健康對照組之間沒有顯著差異。這表明IBS患者產(chǎn)生碳水化合物相關癥狀的是結腸對腹脹的過敏反應，而不是過度產(chǎn)生氣體[41]。與此相同，另一項研究[42]利用氣體激發(fā)試驗也證實了IBS 患者感覺障礙的作用，其產(chǎn)生的無明顯擴張的腹脹與內(nèi)臟過敏有關。

最近的研究數(shù)據(jù)[43]表明，腸道菌群可能在腸道過敏中發(fā)揮了作用；事實上，微生物群已經(jīng)被證明可以影響腸道反射活動和敏感性。異常的微生物群激活腸道粘膜先天免疫反應，從而增加上皮細胞通透性，激活傷害性感覺通路，并引起腸道神經(jīng)系統(tǒng)紊亂，從而導致腸道敏感性增加[44]。另一項研究[45]表明，抗生素誘發(fā)的腸道菌群紊亂會引起腸道炎癥細胞活性和感覺神經(jīng)肽免疫標記的變化，從而導致內(nèi)臟痛覺過敏。腸道細菌參與維持正常的粘膜免疫反應和炎癥活動，抗生素可減少腸道中的擬桿菌、腸球菌和乳酸菌的豐度，改變腸道中的細菌含量，消除具有抗炎特性的細菌，從而造成促炎環(huán)境和痛覺過敏狀態(tài)[46]。這一研究進一步支持了腸道菌群影響內(nèi)臟敏感性的觀點。

已有證據(jù)[47,48]表明，功能性胃腸疾病患者伴有腸道超敏反應和氣體處理受損。在這些條件下，由于功能糖發(fā)酵殘留物而增加的氣體產(chǎn)量可能使其癥狀惡化。同時，功能糖可被一些有害細菌利用，改變腸道菌群的組成，從而增加腸道敏感性。然而另一項研究[49,50]顯示，一些功能糖，如菊粉，可以促進雙歧桿菌等有益菌群的增殖，從而降低腸道的敏感性，還可以利用較低的氣體釋放代謝途徑發(fā)酵殘留物。由此可見，功能糖的劑量和種類不同，可能引發(fā)腸道細菌的結構向不同的方向轉變，從而影響腸道敏感性。除受腸道菌群影響外，腸道敏感性還與腸壁張力有關。研究[51]顯示，在使用胰高血糖素使腸道放松后，與氣體潴留相關的不適癥狀明顯減輕。目前，功能糖對腸壁張力的影響尚未見報道。

2 腹脹的檢測方法

2.1 體格檢查

由于缺乏可測量的參數(shù)對腹脹進行評估和分級，腹脹的診斷有一定難度。腹部觸診可以確定腹脹程度、有無腹痛及知覺過敏；腹部叩診確定腹脹位置，以及腹脹是由氣體（鼓音）、液體（濁音）還是實性物（實音）所引起；腹圍測量評估腹脹程度。

2.2 影像學檢測

立位腹部X 線[52]、腹部CT[53]或核磁共振檢查（Magnetic Resonance Imaging，MRI）[54-56]均被報道用于測定腸腔氣體。將所得照片用圖像處理軟件（Photoshop CS 4.0 EXTEND）進行定量分析，最后結果采用氣體容量積分（Gas Volume Score，GVS）來表示。其中，MRI 可以準確測量小腸水分含量（Small Bowel Water Content，SBWC）和直徑[57]，還可以可視化結腸內(nèi)氣體膨脹，計算結腸上升和橫向區(qū)域直徑較基線變化的百分比，從而評估脹氣狀況[54]。

2.3 呼吸測試（Breath Tests，BT）

腸道細菌對碳水化合物的酵解是人體呼氣中H2和CH4的唯一來源，當腸腔中有2 g 以上的糖類物質(zhì)發(fā)酵，即可測出呼氣中H2明顯增加[58]。呼吸測試方法：禁食8～12 h 的受試者首先攝入一種碳水化合物底物，然后每隔一段時間采集呼吸樣本，并檢測H2和CH4濃度。同時應注意檢測前一月內(nèi)避免使用抗生素、檢測前一周內(nèi)避免使用促胃腸動力藥及瀉藥、檢測當天避免抽煙等[59]。此外，可以使用可吞咽氣體感應膠囊進行腸道氣體含量精準檢測[60]。

3 功能糖引發(fā)腹脹的干預策略

3.1 功能糖配方調(diào)整

功能糖引起的腸道產(chǎn)氣量增加與其攝入量和種類有關。首先，功能糖攝入量過多時會導致大量的可發(fā)酵成份輸送到結腸，從而增加結腸內(nèi)氣體的產(chǎn)生。因此，服用功能糖要從小劑量開始，逐漸增加劑量，出現(xiàn)腹脹且可耐受時，可以堅持服用一段時間并結合運動、腹部按摩和熱敷等對癥處理措施，大部分腹脹可以緩解。其次，相對于高聚合度的功能糖，短鏈低聚糖發(fā)酵更迅速，可產(chǎn)生更多的氣體和短鏈脂肪酸。因此，通過短鏈功能糖與長鏈功能糖的復配可以減緩其在結腸中的發(fā)酵速度，從而防止或減少脹氣和腹脹癥狀[25]。例如，低聚果糖和菊粉均能夠對雙歧桿菌和乳酸桿菌發(fā)揮益生元作用，被認為是益生元的良好選擇，使用低聚果糖和菊粉的混合物可以有效地減少氣體產(chǎn)生量，同時增加或保持它們的益生元活性[26]。

3.2 腸道菌群調(diào)節(jié)

不同個體之間存在顯著的腸道菌群差異，這可能決定了不同個體對功能糖的不同反應[22]。腸道運動，特別是結腸推進活動，可通過調(diào)節(jié)食物殘渣暴露于產(chǎn)氣細菌或耗氣細菌的時間和程度來影響氣體的生成[61]。由于食物殘渣的細菌發(fā)酵是腸道氣體的主要來源，因此增加腸道益生菌，減少產(chǎn)氣細菌種類和/或改變它們的代謝方式是減少產(chǎn)氣、減輕腹脹的直接方法。益生菌，例如雙歧桿菌，可以調(diào)節(jié)腸腔內(nèi)發(fā)酵、黏膜炎癥和內(nèi)臟敏感性，是緩解腹脹的一個良好選擇[62,63]。一些特定的不可吸收的可發(fā)酵底物，如益生元，可誘導雙歧桿菌等益生菌的增殖。最初服用時，部分益生元可能會增加產(chǎn)氣量，但經(jīng)過1～2 周的適應期后，腸道內(nèi)益生菌比例上調(diào)，產(chǎn)氣量減少，腹脹癥狀可獲得明顯改善[64,65]。

3.3 促進氣體排出

與液體和固體的運動不同，腸道內(nèi)氣體的排空是由緊張性收縮產(chǎn)生的。通過體育鍛煉[66]、腹部按摩或快速作用的仿膽堿藥物，可加速積聚氣體的清除。服用功能糖調(diào)節(jié)便秘的個體在便秘緩解后，腹脹現(xiàn)象會隨之減輕。

3.4 減輕內(nèi)臟感知

多項研究表明，即使腸道內(nèi)的氣體總量并不過多，單純的腸道超敏反應即可導致患者出現(xiàn)腹脹癥狀[67,68]。腸壁張力是引起腸道不適癥狀的主要刺激因素，而大部分腹脹患者的內(nèi)臟過敏現(xiàn)象放大了這種不適感的強度，但目前尚未有特異性藥物可以有效減輕腸道過敏。近期研究[68]顯示，內(nèi)臟痛覺過敏可能涉及沿腸腦軸的多種紊亂機制，通過調(diào)節(jié)腸腦軸改善腹脹癥狀可作為未來研究的方向。

4 討論

大腸產(chǎn)生的氣體是碳水化合物發(fā)酵的結果，是健康個體正常消化系統(tǒng)的一部分。然而，當人體攝入高劑量非消化性碳水化合物（如功能糖）時，不同的人耐受性可能不同。同時，腹脹的客觀證據(jù)與主觀感覺的相關性并不明確。研究結果[54]顯示，健康志愿者服用葡萄糖、果糖或菊粉后結腸產(chǎn)氣量不同，分別為19、25、33 L/min，但均未引起腹脹。有基礎胃腸道疾病，如腸易激綜合征的病人，服用菊粉后產(chǎn)氣量（結腸氣體量：22.6 au；產(chǎn)H2量：34.2×10-6）與健康志愿者（結腸氣體量：26.1 au；產(chǎn)H2量：40.5×10-6）相似，但IBS患者結腸膨脹感（12.7 mm）明顯高于健康志愿者（4.5 mm），可能與腸道過敏反應有關[41]。此外，并非所有的功能糖都會引起腹脹，例如D-阿洛酮糖，作為一種功能性單糖，并不會引起腹脹。目前，功能糖引起的腹脹與其結構及分子量的相關性研究較少，一項納入了84 名健康志愿者的隨機雙盲研究顯示，短鏈菊粉較長鏈菊粉更易引發(fā)腹脹[69]。這可能與細菌利用短鏈菊粉的速度較快，導致大量發(fā)酵產(chǎn)物短時間內(nèi)在結腸聚集有關。另一項研究也證實，與遠端結腸相比，近端結腸的產(chǎn)氣量更大，因此快速發(fā)酵的纖維比那些緩慢發(fā)酵的纖維更容易引起胃腸道不耐受[32]。因此，可以通過使用不同鏈長的纖維共混物來減少氣體產(chǎn)生，緩解不適癥狀。正如文獻報道，將菊粉、低聚果糖與阿拉伯樹膠或豌豆纖維混合，可以改變整個發(fā)酵模式，將氣體產(chǎn)生推遲12～24 h[70]。

5 結論

使用功能糖時應綜合考慮其對健康的促進作用及服用者的身體狀況和個體耐受性，選取合適的功能糖品種、配方及服用劑量。功能糖引發(fā)腹脹的機制與腸道氣體產(chǎn)量、腸道氣體分布及腸道敏感性有關（見圖2），但目前研究報道十分有限，且缺乏深入的研究。由于功能糖具有抗菌、抗氧化、抗糖尿病、抗高血壓、抗炎、抗癌、抗肥胖等各種藥理作用，其在各個領域的應用越來越受到人們的重視。因此，今后更加深入地研究功能糖引發(fā)腹脹的機制，并通過劑量及配方調(diào)整、有針對性的腸道菌群調(diào)節(jié)、促進氣體排出、減輕內(nèi)臟感知等措施減少腹脹的發(fā)生，對于改善功能糖治療和預防疾病的功效具有重要的現(xiàn)實意義。

圖2 功能糖引發(fā)腹脹的機制Fig.2 Mechanism of functional sugar induced abdominal distension