SIBO小腸内菌増殖症:呼気テストで診断できない! 米国から報告
Uno Y
SIBO(シーボ):小腸内菌増殖症について、宇野コラムで記したのは、2014年1月である。それから5年近くになるが、やっと、日本でも認知されるようになったようである。その間、多くの研究が報告されたが、診断方法の不確かさ、特に、呼気テストの診断基準が理論的に間違っているのではないか?という問題が浮上した。そのためか、PPI(胃酸産生抑制薬)によるSIBOの発症が、関係あるという報告と、全く関係がないという報告がみられるなど、混乱を生じた。呼気テストは、当初は、大腸で発酵される前のピークがSIBOの存在の決め手となったが、あまりの混乱、さらに批判によって、2017年、北米コンセンサス会議では、グルコース75gまたはラクツロース10gの摂取後、90分以上20ppm以上の水素ガス上昇、あるいは10ppm以上のメタンガス上昇を陽性とするとされた。
Rezaie A, Buresi
M, Lembo A, Lin H, McCallum R, Rao S, Schmulson M, Valdovinos M, Zakko S,
Pimentel M. Hydrogen and Methane-Based Breath Testing in Gastrointestinal
Disorders: The North American Consensus. Am J Gastroenterol. 2017
May;112(5):775-784.
そもそも、この疾患概念が生まれたのは、胃手術で特殊な形態になった患者で、小腸が袋状になった部分で細菌が増殖し、下痢や腹痛などを来すブラインド・ループ症候群のような状態が、手術を受けていない人であっても、同様に、小腸で菌が増殖すると起こるのではないかという概念からもたらされ、肝疾患の原因などに関与する可能性が指摘された。
Drasar BS, Shiner
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そして、呼気テストの発展とともに特殊な病態として認識されるようになる。
Metz G, Gassull
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intestinal bacterial colonisation. Lancet 1976; 1: 668-9.
1982年には、SIBOが疑われた患者群において、口腔内の細菌群と空腸内の液体の細菌群の違いにより、その存在が確立された。
Hamilton I, Worsley BW, Cobden I, Cooke EM,
Shoesmith JG, Axon AT. Simultaneous culture of saliva and jejunal aspirate in
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SIBOを抗生物資で治療とする試みは1991年頃から始まった。
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Ageing. 1991;20:29–32.
なお、1998年には、日本の横浜市立大学から全身性硬化症とSIBOの関係を示唆する研究が報告されている。
Shindo K, Machida M, Koide K, Fukumura M,
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of patients with progressive systemic sclerosis and its gastric pH. Hepatogastroenterology. 1998;45:1643–1650.
その後、年月を経て、小腸内で菌が増加している状態という概念から、小腸内で増殖した菌が糖質で発酵して水素やメタンガスを発生する病態という概念に変化していった。
SIBOの発酵によるガス増加とIBSでのガスの増加は、単に小腸と大腸の発酵場所の違いだけではない。IBSでは小腸から吸収されないFODMAPで発酵するが、SIBOでは、FODMAPのみならす、グルコースで発酵し、水素ガスが増加するということである。
興味深いことに、猫では小腸に大量の細菌が存在するにもかかわらず、症状(ガス増加)を来していない。このことは、基本的に低糖質(ロカボ)ダイエットが有効であろうことと矛盾しない。つまり、SIBOには炭水化物除去食が必要であろう。運動や腸モミが効くわけがない。
さて、本題に戻るが、SIBOの診断の呼気検査は、メタゲノミクスの研究では、全く不正確であることがわかってきた。しかし、臨床的には小腸でのガスの増加は症状と有意に関係している。
その問題についての研究は、2018年11月、米国のTexas
Tech Universityから報告された。
彼らは、SIBOと診断された18人について、細菌培養法、呼気テスト、メタゲノミクス解析で得られた結果を比較した。
その論文は以下である。
Sundin OH, Mendoza-Ladd A, Morales E, Fagan
BM, Zeng M, Diaz-Arévalo D, Ordoñez J, McCallum RW. Does a glucose-based
hydrogen and methane breath test detect bacterial overgrowth in the jejunum?
Neurogastroenterol Motil. 2018 Nov;30(11):e13350.
グルコースに基づく水素およびメタンの呼気テストは空腸の細菌の過増殖を検出するか?
要旨
小腸細菌過増殖(SIBO)の直接診断は、空腸の管腔からの液体の収集および培養が必要であり、1mLあたり10 5以上の生存可能な細菌が見出される。多くの場合、SIBOは、摂取されたグルコースが空腸に到達した時に、微生物発酵によって生成される呼気水素およびメタンの非侵襲的試験を使用して、間接的に診断される。私たちの目的は、この呼気検査が、胃腸手術とは無関係に発生した空腸細菌の慢性的な過増殖をどれだけうまく検出できるかを判断することであった。
方法:SIBOと一致する症状のある18人の患者がグルコース呼気検査を受けた。後日、内視鏡検査中に吸引により空腸内腔から腸液を採取し、空腸吸引液を好気性および嫌気性培地で培養した。同じサンプルからDNAを抽出し、16SリボソームrRNA遺伝子のPCR増幅によって分析し、細菌細胞数を検出した。
結果:細菌コロニー数の合計は、5.7×103 から7.9×106 CFU / mLの範囲であった。DNAベースの1ミリリットル当たりの細菌ゲノムは1.5×105 から3.1×107の範囲であった。微生物の生存率は0.3%から100%の範囲であった。それらの結果から、細菌のコロニーの数またはDNAに基づく細菌細胞数のいずれかとのグルコース呼気試験結果の有意な相関がないことを見出した。代わりに、水素 - メタン呼気試験におけるより高い排泄量は、空腸細菌の低い生存率と有意に相関していた(0.014=P)。
結論と推論:グルコースに基づく水素およびメタン呼気試験は、空腸内の細菌過増殖に感受性はない。
しかし、呼吸検査陽性は、空腸機能の変化および微生物の不全症を示す可能性がある。
はじめに
SIBOは、上部空腸で1ミリリットル当たり105CFU(コロニー形成単位)を超える異常に高いレベルの細菌を有することが判明している慢性状態である。正常な空腸管腔からの吸引物は一般に103から104 CFU / mLであり、結腸内の1011〜1012 CFU / mLと比較して非常に少ない。SIBOを規定する細菌のタイプおよび数に関して異なる意見があるが、空腸の過剰な細菌は正常な生理機能を損なう可能性がある。SIBOと診断された患者はしばしばガス、腹部膨満および便の頻度の変動を経験する。この状態は、小腸の著しい吸収不良と関連し、食物不耐性および栄養欠乏につながる可能性がある。腸管外科手術により回盲弁の機能を損なった患者でのSIBOは 108 CFU / mLである。このような極端な例で観察された空腸および回腸微生物の組成は、結腸から小腸への微生物の逆行性流動の概念と一致する。しかし、SIBOのほとんどの症例は胃腸手術を受けておらず、空腸のレベルの細菌数は105〜107CFU / mLである。この共通の特発性症状がどのようにして起きるかは、未だ不明である。16S rRNA遺伝子メタゲノミクスによる微生物種の同定では、空腸および結腸微生物の両方とは異なり、SIBOの空腸内の細菌は特徴的な集団を同定していた。非外科的SIBO患者の空腸における拡大した微生物集団は、正常レベルの細菌を有する個体と非常に類似した細菌門および属プロフィールを保持し、結腸細菌の空腸への逆行性流入の結果である可能性は低い。小腸吸引物を用いたIBO診断は伝統的な直接的方法であるが、侵襲的な内視鏡検査と時間を要する微生物培養が必要である。この理由から、SIBOの確定診断には、非侵襲的な水素およびメタン測定の呼気テストが最も頻繁に使用されている。これらの試験は、下部消化管内の真正細菌の多くの種が、嫌気的代謝の副産物として水素ガス(H2)を生成することができるという事実に基づいている。いくつかの個人では、メタンガス(CH4)も生成されるが、これは古細菌によって発生する。微生物の炭素水素と炭素のメタンは、腸壁の血管を通して容易に血液に移される。
それらが肺に到達すると、これらのガスは呼気中で検出することができる。これらのガスは人体の細胞によって生成することができないので、腸のすべての水素およびメタンは純粋に微生物起源のものである。古典的なラクツロース呼気テストでは、患者は小腸によって代謝されないかまたは吸収されないラクツロースの溶液を摂取する。一旦摂取されたラクツロースが結腸に到達すると、細菌によって迅速に代謝され、水素の産生が増加する。いくつかの個人にとって、呼吸水素時間経過中に、2つのピークを示す。最初のピークは、摂取されたラクツロースが小腸で異常に大きな細菌集団と出会ったときに生成されると考えられている。このラクツロースが最終的に結腸に到達すると、第2の水素ピークが現れる。
グルコースの摂取に基づく呼気試験は、原則として、空腸細菌の検出に対してより感度が高く、特異的である。この試験の理論的根拠は、回腸または結腸に到達する前に、吸収されたグルコースのほぼすべてを空腸上皮で吸収されることである。空腸に過剰な細菌が存在すると、グルコースの摂取で、水素および/またはメタンの単一の早期ピークのみを生成するはずである。その大きさは、空腸の細菌の数と正の相関がある。現在の臨床実践では、ベースラインを超えるピーク上昇は、20ppmの水素または10ppmのメタンを上回るとSIBO陽性呼吸検査と定義される。大部分の個人は大腸にメタン生成の古細菌が存在しないためメタンを生成しない。他の人は、かなりの量のメタンを吐き出すことができるが、水素はごくわずかである。後者の場合、水素は最初に生成されると考えられているが、結腸の古細菌においてはメタンの生合成によって消費されるものがほとんどである。水素およびメタン呼気検査陽性の結果は、広範囲な小腸障害と相関しており、しばしばこれらの障害をSIBOと関連付けるための唯一の基礎である。空腸吸引からの結果と患者の呼気試験を直接比較した研究は、一般に、ラクツロース呼吸検査が空腸における細菌の過増殖を確実に検出しないことを見出した。しかし、SIBO診断のためにしばしば好ましい方法であるグルコース呼気検査も、空腸吸引物と比較して完全に評価されていない。グルコース呼気検査の結果が口腔通過時間または他の生理学的要因によって大きく影響を受ける可能性があるとの懸念が提起されている。
吸引ベースの測定では、経口微生物が収集管および空腸サンプルを汚染する可能性が示唆されている。しかし、そのような汚染は、口内の微生物非常に類似した微生物叢を有するはずであるが、広範囲に洗浄された空腸粘膜および空腸吸引液でのマイクロバイオーム研究ではそれは観察されていない。細菌培養のより基本的な問題は、多くの種の腸内細菌が、標準培地で容易に増殖しないために数えられていないことである。好気性および嫌気性条件下で増殖するため、いくつかの好気性および嫌気性培養培地を併用することにより、より重度の発生率が得られるが、このアプローチでは、究極の嫌気性菌が過剰にカウントされる可能性がある。これらのおよびその他の培養関連の懸案事項に対処するために、我々は精製DNA中の16S rRNAの汎定量PCRを用いて分析を補足した。これにより最近の方法は、培養を必要とせずにすべての細菌を迅速に定量化し、容易に増殖する種への分析バイアスを除去するという利点を有する。この2つの独立した方法を組み合わせて空調内の総細菌量を定量化することにより、グルコース呼気試験が空腸における細菌の過増殖を実際に検出するかどうかをより確実に判断しようとした。
方法:省略
結果(要点のみ和訳)
SIBO診断と呼吸テスト
10 5 CFU / mLを超える細菌力価に基づいて、18人の症候性患者のうち10人がSIBOと診断された。グルコース摂取直前に採取した呼気サンプルのベースライン測定では、水素が16人の患者で検出され、メタンが7人で検出された。摂取されたグルコースは一般に、水素とメタンの両方で同時に増加し、摂取後40〜100分以内に最大値に達した。呼吸検査の陽性と陰性の評価は、吸引液のコロニー数と相関していなかった。
空腸サンプルは、広範な細菌負荷および生存率を示した
吸引物の分析は、個体間の細菌DNA量(BGE / mL)の200倍の範囲、および生存コロニー数(CFU / mL)の1000倍の範囲を示した。16S rRNA QPCRによって得られた細菌ゲノム等価物(BGE / mL)によって表されるDNAに基づく細胞数は、コロニー数と有意な相関を示した。培養物およびPCRが両方とも18試料中の細菌数を検出していることを確認したが、適度な相関レベルは2つの方法間の実質的な差異を示した。我々はコロニー形成単位(CFU)の数をDNAに基づく細菌細胞数(BGE)で割ることにより、各患者の空腸吸引液中の生存可能なコロニー形成細菌の割合を推定することができた。この生存率は個々の患者の間で300倍以上であった。これは上部空腸内の細菌増殖および老化のサイクルの大きな違いを示唆している。細菌負荷および生存率における患者間の変動は、空腸微生物叢の門または属組成に有意に関連していなかった。
呼吸検査陽性および陰性患者の細菌数は同様であった
第1回の分析では、現在の臨床基準を使用して、患者を呼吸検査の陽性または陰性のグループに分けたが、細菌の負荷に有意差がなかった。
呼気検査と細菌数または嫌気性菌の割合との間に有意な相関はない
細菌負荷および呼吸テスト信号の幅が広いため、データは両方の軸について対数スケールでプロットされた。細菌DNA量は、呼気検査における正味の水素またはメタンのレベルとの有意な相関を示さなかった。吸引された細菌がコロニー形成単位で測定された場合、実際には弱い負の相関があり、水素およびメタンの生成が高いほど空腸細菌の数が少ないことを意味した。この研究における18人の個人について、この負の相関関係はP値が0.22であり、有意ではなかった。この結果は、グルコース呼気試験の理論的根拠とは逆の結果であった。腸内のより多くの嫌気性条件がより水素およびメタン生成に関連すると予測したが、呼吸試験結果と吸引空気中の嫌気性菌と嫌気性菌との間に有意な関係はなかった。
呼気検査結果は細菌生存率の低下と有意な相関を示す
しかし、呼吸テスト結果と各被験者のバクテリア生存率とを比較すると、呼吸水素量の増加に伴う微生物生存率の低下との有意な相関が観察された。
討論
SIBO診断のための水素およびメタン呼気検査に広く依存することを考えると、我々の結果はグルコース呼気検査結果と空腸細菌のレベルとの間に有意な正の相関を示さないことに驚いた。
好気性および嫌気性培地の両方を用いた培養は、嫌気性画分も総嫌気性CFU / mLも呼気検査信号と相関しなかったが、吸引液サンプル間の嫌気性菌と好気性菌数の比が広いことを明らかにした。以前の研究でもラクツロース呼吸検査がSIBOの診断には信頼できないことが報告されている。また、グルコース呼気テストの初期のピークは、摂取されたグルコースの発酵ではなく、その前の食事で残留したグルコースが結腸内で発酵するためのものであることと結論されている。
空腸粘膜の広範に洗浄された生検中に存在する細菌の16S
rRNA遺伝子メタゲノミクス研究は、空腸内腔とほぼ同一の平均微生物プロフィールであるこがわかっている。
グルコース呼気試験と細菌数との間に有意な正の相関がないことを我々が見出したことは、SIBOの診断にこの呼吸検査を用いる根本的な根拠に疑問をもたらす。まず、ほとんどのSIBO患者の空腸が、SIBO陽性呼吸検査で観察される水素の大きな増加をもたらすのに十分な細菌を実際に含むかどうかを疑問視する必要がある。SIBOレベルの微生物叢が105〜107CFU / mLの個体でさえ、空腸は結腸よりも細菌の密度が105〜107倍低い。Levittの研究では、ラクトースを中部空腸および回腸に直接注入した後、局所的に生成した水素を直接検出したが、ガスの生産は非常に低く、結腸からのガスの逆流の可能性が高いと考えられた。一方で、108 CFU / mL以上の小腸肥大症を有する1人の胃切除術後の患者では、乳糖投与後、小腸によって産生される0.23mL /分の水素ガスのピークがあった。また、外科手術の結果としてブラインド・ループの小腸肥大を呈した別の患者は109CFU / mLを超える生存細菌の小腸細菌数を有し、SIBO診断の閾値の10,000倍を超えていた。この場合、グルコース10gを摂取した後、息の水素をモニターし、50分後に、毎分0.05mLのH2のピークを生成した。我々の吸引検査診断されたSIBO患者の中で、最大コロニー数は7.9×10 6 CFU / mLで、最大DNAベースのカウントは3.1×10 7 BGE / mLであった。これらの2人のSIBO患者は、両方とも呼気テストによって臨床的に陰性であることが判明した。我々は、最も極端な術後SIBO患者以外の全ての呼吸検査陽性が、結腸の結果であり、空腸発酵ではない可能性を考慮する必要がある。
グルコース呼気試験陽性の結腸起源は、水素およびメタン生成の生化学によっても示され、どちらも高度に嫌気的な条件に依存する。このような状態は、通性嫌気性菌の密集した塊がガス状酸素を消費する結腸管腔内に見出され、酸素圧は一般に1mmHg未満である。対照的に、血管新生の小腸壁の酸素圧は、40〜58mmHgである。このような部分的に酸化された環境は、通性嫌気性菌および酸素耐性嫌気性菌の増殖を支持するが、水素生成を抑制し、酸素不耐性のメタノゲンの増殖を妨げる。これは、空腸の微生物叢が大腸内腔に通常豊富に存在する極端な嫌気性菌を欠いているという観察と一致している。
グルコース呼気検査を正確に解釈するには、小腸通過中にどのくらい迅速かつ完全にグルコースが実際に吸収されたか、そしてどの程度それが個人によって異なるかを再検討する必要がある。グルコース吸収の生理学に関する最近の動物およびヒトの研究は、腸上皮におけるGLUT2トランスポーターの活性が通常著しく減弱することを示している。これは、インスリンおよび他のシグナル伝達分子による調節によって起こる。
マウスモデルでは、小腸グルコーストランスポーター機能の連続的な完全な活性を引き起こす調節遺伝子突然変異体は、肝臓脂肪症および関連病理を発症する。いくつかの個体では、正常なグルコース吸収よりも遅いと、グルコースの90グラムの試験ボーラスのかなりの部分が小腸を通過することができる。結腸に入る吸収されないグルコースは、水素と炭素メタンの生成を促進するであろう。
要約すると、我々の結果は、小腸での特発性細菌の過剰増殖を診断するためのグルコース呼気試験の使用を支持していない。特発性SIBOの基礎は十分に理解されていないが、通常は細菌の増殖を制限するいくつかの上部消化管機能の欠損を含み得る。これらの欠点には、腸運動障害、胃酸産生の低下、十二指腸および膵臓分泌の不全、抗菌ペプチド分泌の低下および小腸の異常な免疫機能が含まれる可能性がある。現在、空腸吸引物の採取および分析はSIBO診断の最も直接的かつ信頼できる手段である。空腸細菌の過増殖を報告する代わりに、グルコース呼気検査は、小腸によるグルコースの不完全な吸収を実際に検出し、より遅い上皮取り込みまたはより速い通過に関連し得る。この新しい知見は、グルコース呼気試験は、小腸の菌増殖とは無関係であっても、小腸機能不全の有用な診断試験のままであり得るであろう。著者らは、陽性呼吸検査は空腸微生物叢の低い生存率と関連するが、この新しい関係の生理学的基礎は未知であることを見出した。1つの興味深い例は、リファキシミンによる腸内微生物の抗生物質治療が非常に有効であることが証明されていることである。結論として、非侵襲性グルコース呼気検査は、栄養素の吸収、腸の運動性、免疫応答、代謝、および微生物叢を扱う試験でさらに調査される小腸機能不全の貴重な初期証拠を提供する可能性がある。
・・・・・・・・・・・・・・・・・
<宇野の考察>
以上のように、SIBOのそもそもの概念が間違っている可能性がある。小腸内に細菌が増加して症状を来しているのではないかもしれない。少なくとも、呼気テストの研究結果は細菌数を間接的に表現しているものではない。そして、小腸でガスが増加するのは小腸で純粋に菌が増殖するためではなく、グルコースの吸収の問題か、大腸からの逆流などの可能性がある。
私は以下のように思っている。
- 小腸ガスは、必ずしも純粋に小腸で発酵するガスを表現していない。
- 小腸ガスは、胃内の発酵、大腸の発酵(乳酸菌やビフィズス菌などの発酵性菌やガスそのものの逆流)の影響が大きい。
- 経口血糖降下剤や血糖を抑制するサプリはグルコースの吸収を抑制するのでSIBO症状を来す(日本人男性に多い)。
- 慢性便秘で下剤を長期に服用している場合には、回盲弁の機能不全によってSIBO症状を来す(日本人女性に多い)。
- ガス産生による腹部症状は単純にガス量ではなく、腸管内圧や腸管虚血に影響される。
前回、このコラムで公開したが、メタゲノミクス研究の結果、胃にはピロリ菌以外の多くの菌が生息していることがわってきた。そして、ピロリ菌が存在することによって、それら多くの菌の繁殖を抑制されているのかもしれない。私の以前の実験では、グルコースやラクツロースを摂取すると、胃内でガスが発生する人がいた(14人中5人)。
https://www.scirp.org/journal/PaperInformation.aspx?PaperID=61111

胃で発生したガスが小腸へすみやかに移動する人も存在するが、胃のガスが増加せず、小腸だけのガスが増加する人もいる。
そして、日本人の研究では、胃内には、水素ガス、メタンガスが存在し、ピロリ菌陰性の胃でそれらが多いこともわかっている。
Urita Y, Ishihara S, Akimoto T, Kato H,
Hara N, Honda Y, Nagai Y, Nakanishi K, Shimada N, Sugimoto M, Miki K. Hydrogen
and methane gases are frequently detected in the stomach. World J
Gastroenterol. 2006 May 21;12(19):3088-91.
また、広範な萎縮性胃炎を伴った場合には、十二指腸での水素レベルが増加することもわかっている。
Urita Y, Watanabe T, Maeda T, Sasaki Y,
Ishii T, Yamamoto T, Kugahara A, Nakayama A, Nanami M, Domon K, Ishihara S,
Kato H, Hike K, Sanaka M, Nakajima H, Sugimoto M, Miki K. Extensive atrophic
gastritis linked to increased levels of intraluminal hydrogen gas.
Hepatogastroenterology. 2008 Sep-Oct;55(86-87):1645-8.
これらの結果は、胃酸の影響よりは、胃内でピロリ菌の影響が弱まった(あるいは陰性)場合に、ガス酸性菌が胃内で増殖している可能性を示唆する。
さらに大腸の発酵がSIBOに影響を示唆する研究もある。
今回のSIBOの論文の最後に記されているように、リファキシミンはSIBOの症状を軽減するが、下痢型IBSでリファキシミンによって、発酵性細菌が減少することがメタゲノミクス研究で明らかになった。
Zhuang X, Tian Z, Li L, Zeng Z, Chen M,
Xiong L. Fecal Microbiota Alterations Associated With Diarrhea-Predominant
Irritable Bowel Syndrome. Front Microbiol. 2018 Jul 25;9:1600.
対象者は、治療前にはバクテロイデスやフソバクテリウムが有意に多かったが、リファキシミンの投与により、腹痛、腹部膨満満、下痢、残便感が有意に改善し、その時にはバクテロイデスやフソバクテリウムが低下していた。
以上から、まとめである。
<まとめ>
- SIBOの症状は純粋に小腸内での菌の増殖が病態の原因ではない。
- SIBOの診断に呼気テストを用いるのは正確ではない。
- SIBOの症状は、胃や大腸の発酵の影響が原因である可能性がある。
- SIBOが小腸の原因としては、発酵性細菌の増加、糖質の吸収能の低下が関与している。
- SIBOは多種の病態があり、個々の違い(便秘か下痢か、ピロリ菌の有無、PPIや糖尿病治療薬の有無、下剤の長期使用の有無など)によって、個々の状況に応じた個別の治療(指導)をしなければならない。
なお、水素呼気テストについては、2018年10月、循環器分野(スペイン)から、興味深い研究があった。102人の心不全患者に対してラクツロースを投与した結果、水素ガスの排泄量が多い患者では予後が悪い(死亡率が高い)と報告された。発酵によって水素ガスが増加する状態に対する警告です。
Mollar
A, Villanueva MP, NÚÑez E, et al. Hydrogen- and Methane-Based Breath Testing
and Outcomes in Patients With Heart Failure. J Card Fail. 2018 Oct 19. pii:
S1071-9164(18)31106-0.


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