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作者：譚璞

文章轉(zhuǎn)載自科學(xué)大院公眾號，ID：kexuedayuan

俗話說人吃五谷雜糧，沒有不生病的。有沒有人不生病筆者不知道，但是有一點倒是可以保證，每天正常吃飯的人里沒有不放屁，不拉屎的。

說起這兩個難兄難弟，大家首先想到的肯定是它們不那么令人愉悅的味道。我們今天故事的主角，就藏在這不怎么芬芳的味道背后。

圖1（圖片來源：veer圖庫）

“酸爽”的味道 從何而來？

為什么大便和屁有臭味？主要是由于它們都含有帶異味的揮發(fā)性物質(zhì)，而這些物質(zhì)則是食物殘渣在腸道中被微生物“調(diào)戲”產(chǎn)生的。

嬰兒出生后的第一次大便被稱為胎糞，主要含有羊水毛發(fā)和消化道上皮碎片之類的代謝產(chǎn)物。而胎糞其實是不臭的，這是因為新生兒的腸道中非常干凈，沒有任何能使有機物發(fā)酵的細菌等微生物，自然也不會產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)。新生兒開始進食之后，環(huán)境中的各種微生物也會進入嬰兒的消化系統(tǒng)。新生兒（尤其是母乳喂養(yǎng)的嬰兒）腸道中數(shù)量最多的兩種微生物就是嬰兒雙歧桿菌和乳酸菌。因為這兩種細菌大量存在于酸奶等乳制品中，所以大家常說剛出生的小孩有奶味，不止是體味，據(jù)說他們的糞便也有淡淡的奶味。

圖2 雙歧桿菌顯微照片，其代謝產(chǎn)物有輕微的奶味 （圖片來源：雙歧桿菌維基百科）

隨著生長發(fā)育，人開始進食更多種類的食物，各種各樣的微生物也隨著食物進入了腸道中，并隨即安家落戶。這些進入腸道的微生物并不只是老老實實地停留在此，它們也會分解人體沒能充分吸收的養(yǎng)分（主要是肌肉和植物纖維等），給自己生存和傳宗接代提供能量。在這個過程中它們也會排出自己的代謝廢物，其中有的是易溶于水的分子，而有的則是容易揮發(fā)的分子，這些帶有異味的揮發(fā)性物質(zhì)就是大便和屁臭味的來源了。

腸道微生物的種類非常繁多，一個人腸道內(nèi)的寄生微生物大約有上千種（包括細菌和真菌）。其中一部分實在是人畜無害，并不產(chǎn)生帶有濃重氣味的氣體；而另一些對人的嗅覺就不那么友好了，它們的代謝產(chǎn)物中常常含有硫，胺基，短鏈脂肪酸，吲哚等容易產(chǎn)生濃郁氣味的分子，這也正是文初提到的那種不太芬芳的氣味的主要來源。這些帶有異味的揮發(fā)性物質(zhì)，有些會隨著吞下的空氣一起排出，這個過程俗稱放屁。另一些會停留在大便內(nèi)，并在排便后的很長時間里持續(xù)散發(fā)著氣味（想象一下很久沒人打掃的旱廁）。換句話說，屁和大便里的異味氣體，基本上是同源的。

筆者對屁里所含的不同氣體及其腸道微生物來源做了一下簡單的梳理，如果大家對這個重口味的話題很感興趣，請看下面的表格：

表1 （表格來源：作者自制）

腸道微生物研究：熱門，但對研究者有挑戰(zhàn)

聊到這，可能有的朋友會很好奇，研究人員對大便和屁的構(gòu)成了解得這么透徹，到底有什么用呢。對這些異味氣體的研究，是為了更好地了解藏在它背后的大boss：我們親愛的腸道微生物。

其實醫(yī)學(xué)界很早就對腸道微生物的功能有了一些了解。比如前文提到在嬰兒腸道內(nèi)大量存在雙歧桿菌和乳酸菌，可以幫助嬰兒更好地分解母乳中不好消化的低聚糖，抑制有害菌的增殖，還可以刺激嬰兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育等。而梭菌、乳桿菌等腸道細菌可以幫助成人分解難以消化的蛋白和膳食纖維。攝入不同類型的食物也會刺激不同類型的腸道微生物，進而導(dǎo)致不一樣的“屁味”。

圖3 （圖片來源：veer圖庫）

而最近十年來，科研人員發(fā)現(xiàn)除了消化相關(guān)的功能以外，腸道微生物還有著一些奇特的“隱藏功能”。比如異常的腸道菌群會導(dǎo)致腸炎和腸易激等消化系統(tǒng)慢性病，進行糞便移植（俗稱吃瘦子的屎）能幫助胖子減肥等等。這些與消化系統(tǒng)直接相關(guān)的研究還算容易理解。可近來還有些研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物會影響人的運動能力、智力、睡眠狀況甚至和阿爾茲海默癥（即老年癡呆）的發(fā)作有關(guān)系（見參考文獻1）。這些研究是否是玄學(xué)，咱們暫且按下不表。但如此多的相關(guān)論文，足可以證明目前對腸道微生物功能的研究可以算是熱得燙手，紅得發(fā)紫。

圖4 傳統(tǒng)大便微生物組分析的大致流程，每個樣本處理的步驟之間往往需要多次清洗 （圖片來源：作者自制）

但很不幸，想研究腸道微生物，基本都得和糞便打交道。目前對腸道微生物組的分析主要采用的是宏基因組測序法，再通過生物信息學(xué)的方法反推回樣本中存在什么樣的微生物。其中最關(guān)鍵的是提取微生物RNA這一步，需要對大便樣本進行步驟繁多的處理。而這項工作的特殊性使得處理腸道微生物相關(guān)的原始樣本成為了一項不太吸引人的苦差事，畢竟喜歡玩屎的人還是少數(shù)。正是這項工作的復(fù)雜和艱苦，讓針對腸道微生物的RNA組學(xué)檢測很難被納入常規(guī)臨床診斷技術(shù)的范圍里。（如果是常規(guī)臨床檢測，恐怕醫(yī)院檢驗科的同志要罵娘了。）

現(xiàn)在你知道研究屁有啥用處了吧？

大便和屁中的那些帶有異味的氣體，雖然聞著令人不快，但正好能給科學(xué)家們提供解決問題的一個新思路：既然不同的微生物能產(chǎn)生不同種類的氣體，那能不能通過屁，或者大便中的揮發(fā)性氣體構(gòu)成反推回產(chǎn)生它們的微生物，進而推斷與微生物相關(guān)的腸道疾病呢？

不同腸道疾病患者的糞便揮發(fā)性有機物質(zhì)（VOC）的構(gòu)成有很大區(qū)別（原圖來自參考文獻2，由本文作者漢化

答案基本上是肯定的，雖然由于樣本采集的難度問題，目前幾乎還沒有人直接“測屁”，但已有數(shù)篇文章證明了使用目前最為靈敏的氣體成分分析技術(shù)：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）檢測糞便中可揮發(fā)性有機物（VOC）的可行性，并發(fā)現(xiàn)了不同的揮發(fā)性成分構(gòu)成與不同的腸道疾病存在顯著關(guān)聯(lián)（見參考文獻2,3：腸道疾病患者的糞便VOC均有較多的丁酸，但克羅恩病患者的樣本中二甲硫較多，潰瘍性結(jié)腸炎患者的樣本中丁酸乙酯含量很低。如果用人話來解釋，就是由于涉及的微生物不同，同樣是拉稀這個癥狀，不同病因的患者，屎和屁的味道都不太一樣。

這樣的方法雖然依舊需要對大便樣本進行預(yù)處理，但其處理流程遠比提取糞便中的微生物遺傳信息要容易得多。隨著小型化低成本氣相色譜技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)院購置這類氣相色譜儀將不是什么難事，屆時糞便VOC的檢測將會有機會成為標準化臨床檢測中的一部分（見參考文獻4）。

圖6 密西根大學(xué)研發(fā)的一種便攜式二維氣相色譜裝置。圖片來源：參考文獻4

也許，正是這種聽起來有些重口味的方法，能將高大上的腸道微生物研究，帶入到尋常百姓的就醫(yī)體驗中來呢。

致謝：

特別感謝侯玉柱博士，佘金巖博士，周夢蓮博士和王思聰同志對本文提供的幫助。

參考文獻:

1. Kowalski, Karol, and Agata Mulak. "Brain-gut-microbiota axis in alzheimer’s disease." Journal of neurogastroenterology and motility 25.1 (2019): 48.

2. Walton, Christopher, et al. "Analysis of volatile organic compounds of bacterial origin in chronic gastrointestinal diseases." Inflammatory bowel diseases 19.10 (2013): 2069-2078.

3. Garner, Catherine E., et al. "Volatile organic compounds from feces and their potential for diagnosis of gastrointestinal disease." The FASEB Journal 21.8 (2007): 1675-1688.

4. Lee, Jiwon, et al. "On-site monitoring of occupational exposure to volatile organic compounds by a portable comprehensive 2-dimensional gas chromatography device." Analytical methods 10.2 (2018): 237-244.