产甲烷菌和小肠细菌过度生长

产甲烷菌的特点

肠道微生物群是一个复杂多样的生态系统，对人类健康和疾病都有着深刻的影响。关于细菌对人体的影响的研究近十年来成指数上升，2018年一年Pubmed采纳的文章已经高达5,283。但是，对于古生菌，特别是产甲烷菌（methanogenic bacteria）的研究还常常被忽略。古生菌是一种在极端情况下也可以存的原核生物，生命力极强，可以在极限环境下生存，如极热、极冷、极酸和绝对厌氧的环境、高盐环境等，很难用常规方法杀灭。虽然古生菌与形状细菌相似，有球状形、杆状、螺旋状、不规则形状、多形态等。但是与细菌有本质区别。其染色体DNA呈闭合环状，基因也组织成操纵子。古生菌只有一层细胞膜而缺少肽聚糖细胞壁。大多数古生菌的细胞壁不含二氨基庚二酸（D－氨基酸）和胞壁酸，不受溶菌酶和内酰胺抗生素，如青霉素，的作用。古生菌没有核膜和内膜系统。古生菌的代谢与细菌不同，古生菌可分为异养型、自养型和不完全光合作用3种类型，而细菌是单纯的异养型。

甲烷细菌属于古生菌，有球形、杆形、螺旋形，有的呈八叠球状，还有的能连成长链状的多种形态。在人体的内的产甲烷菌主要是史氏甲烷短杆菌（Methanobrevibacter smithii），还有methanosphaera stadtmanae。甲烷细菌只能利用很简单的物质，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等做为能源物质。而这些简单物质必须由其它发酵性细菌，把复杂的有机物分解后才能提供给甲烷细菌，所以甲烷细菌一定要等到其它细菌都大量生长后才能生长。同时甲烷细菌世代时间也长，通常细菌每20分钟就可以繁殖一代，产甲烷细菌则需几天乃至几十天才能繁殖一代。

人体肺、肠道和皮肤可能存在古生菌，人体不同部位具有不同古生细菌，部分可重叠。甲烷菌是一种可以在人体肠道存在的古生菌，是专性严格厌氧菌、不能在有氧气处生存，生长繁殖特别缓慢、培养分离困难。

Niels van Best等人报道古生菌在婴儿期不存在，就目前的报道，从来没有在2岁之前测量到过甲烷。而在学龄儿童中则普遍存在，这表明在儿童时期环境暴露可能会导致定植。他们提出食用有机酸奶和食用有机牛奶与史氏甲烷短杆菌的存在正相关。乳制品可能是史氏甲烷短杆菌的来源。然而，决定产甲烷古菌获得是否还有其它因素仍未明确。

由于部分人群肠道有产甲烷菌的关系，全世界的人可分为产甲烷者和不产甲烷者。人类主要的产甲烷菌是史密斯甲烷杆菌，但人类肠道中的某些其他微生物，如某些梭状芽孢杆菌和类杆菌，也能够产生甲烷。

肠道内的产甲烷菌把细菌酵解产生的氢气转换为甲烷可以使肠道内气体体积明显减少。检查文件可以把4个摩尔的氢和1个摩尔的二氧化碳代谢，产生1个摩尔的甲烷和2个摩尔水。因此，如果没有产甲烷菌代谢氢，肠道内的气体积累量将大大高于有产甲烷菌的气体生成量。产甲烷菌可以减少肠道气体。肠道内氢有不同的代谢途径，不仅可以通过肠道的产甲烷菌转化成甲烷，还可以通过多种其他途径进行代谢，包括硫酸盐还原（sulphate reduction）和产酸（acetogenesis）。

产甲烷为主的小肠细菌过度生长的特点

过去认为中国人大约三分之一的人肠道有产甲烷菌，并且主要在左侧的降结肠。通过甲烷呼气实验的研究中发现中国人产甲烷菌的数量远远高于三分之一，而且不仅局限于降结肠，在小肠细菌过度生长患者也可以发现产甲烷菌的存在。目前，对人体内古细菌的相关研究还很缺乏。古细菌可能促进便秘、大肠癌、炎性肠病及肥胖等代谢疾病。

甲烷水平升高导致小肠和结肠转运延迟和便秘

Suri等人比较产氢气为主的小肠细菌过度生长和产甲烷为主的小肠细菌过度生长患者的小肠转运和结肠转运的关系以及症状严重程度。产甲烷为主的小肠细菌过度生长比产氢气为主的小肠细菌过度生长具有更长的小肠转运时间和结肠转运时间。在高甲烷水平的乳果糖呼气实验患者中存在运动延迟。

《基于氢和甲烷的胃肠道疾病呼气实验：北美共识》指出甲烷已被证明能抑制狗肠道转运达59%，在人类受试者中，甲烷呼吸实验阳性与便秘有关。以产甲烷为主的小肠细菌过度生长的患者通常会出现腹胀和腹胀。然而，与以氢为主的小肠细菌过度生长过度生长相比，他们有5倍更容易便秘。此外，便秘的严重程度与甲烷水平直接相关，并且在治疗这两种小肠细菌过度生长选择的抗生素不同，因为人类肠道中的主要产甲烷菌史氏甲烷短杆菌（Methanobrevibacter smithii）对许多抗生素具有耐药性。

肠内甲烷的产生与减肥手术后体重减轻有关

美国梅奥诊所和希达西奈医学中心的研究人员在《Obes Res Clin Pract》发表文章：肠内甲烷的产生与减肥手术后体重减轻有关。为了确定呼吸测试中的甲烷和氢气是否会影响减肥手术后的体重减轻，他们进行了一项关于用甲烷呼气实验技术评价减肥效果的研究。记录术前和术后体重和体重指数（BMI）。术后测定甲烷和氢呼气水平。与所有其他受试者相比，甲烷高的和氢呼气高的受试者的体重指数变化的比例比其他甲烷和氢呼气阴性的患者的变化率低，且这些高甲烷和氢的患者的总体重减少率明显低于甲烷和氢呼气阴性的患者。这些发现可能表明，呼吸甲烷和氢气呼气实验阳性的受试者在减肥手术后体重减轻的少。