作者：譚璞

文章轉載自科學大院公眾(zhong) 號，ID：kexuedayuan

俗話說人吃五穀雜糧，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，每天正常吃飯的人裏沒有不放屁，不拉屎的。

說起這兩(liang) 個(ge) 難兄難弟，大家首先想到的肯定是它們(men) 不那麽(me) 令人愉悅的味道。我們(men) 今天故事的主角，就藏在這不怎麽(me) 芬芳的味道背後。

圖1（圖片來源：veer圖庫）

“酸爽”的味道 從何而來？

為(wei) 什麽(me) 大便和屁有臭味？主要是由於(yu) 它們(men) 都含有帶異味的揮發性物質，而這些物質則是食物殘渣在腸道中被微生物“調戲”產(chan) 生的。

嬰兒(er) 出生後的第一次大便被稱為(wei) 胎糞，主要含有羊水毛發和消化道上皮碎片之類的代謝產(chan) 物。而胎糞其實是不臭的，這是因為(wei) 新生兒(er) 的腸道中非常幹淨，沒有任何能使有機物發酵的細菌等微生物，自然也不會(hui) 產(chan) 生揮發性物質。新生兒(er) 開始進食之後，環境中的各種微生物也會(hui) 進入嬰兒(er) 的消化係統。新生兒(er) （尤其是母乳喂養(yang) 的嬰兒(er) ）腸道中數量最多的兩(liang) 種微生物就是嬰兒(er) 雙歧杆菌和乳酸菌。因為(wei) 這兩(liang) 種細菌大量存在於(yu) 酸奶等乳製品中，所以大家常說剛出生的小孩有奶味，不止是體(ti) 味，據說他們(men) 的糞便也有淡淡的奶味。

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

隨著生長發育，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，並隨即安家落戶。這些進入腸道的微生物並不隻是老老實實地停留在此，它們(men) 也會(hui) 分解人體(ti) 沒能充分吸收的養(yang) 分（主要是肌肉和植物纖維等），給自己生存和傳(chuan) 宗接代提供能量。在這個(ge) 過程中它們(men) 也會(hui) 排出自己的代謝廢物，其中有的是易溶於(yu) 水的分子，而有的則是容易揮發的分子，這些帶有異味的揮發性物質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(ge) 人腸道內(nei) 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，並不產(chan) 生帶有濃重氣味的氣體(ti) ；而另一些對人的嗅覺就不那麽(me) 友好了，它們(men) 的代謝產(chan) 物中常常含有硫，胺基，短鏈脂肪酸，吲哚等容易產(chan) 生濃鬱氣味的分子，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性物質，有些會(hui) 隨著吞下的空氣一起排出，這個(ge) 過程俗稱放屁。另一些會(hui) 停留在大便內(nei) ，並在排便後的很長時間裏持續散發著氣味（想象一下很久沒人打掃的旱廁）。換句話說，屁和大便裏的異味氣體(ti) ，基本上是同源的。

筆者對屁裏所含的不同氣體(ti) 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(ge) 重口味的話題很感興(xing) 趣，請看下麵的表格：

表1 （表格來源：作者自製）

腸道微生物研究：熱門，但對研究者有挑戰

聊到這，可能有的朋友會(hui) 很好奇，研究人員對大便和屁的構成了解得這麽(me) 透徹，到底有什麽(me) 用呢。對這些異味氣體(ti) 的研究，是為(wei) 了更好地了解藏在它背後的大boss：我們(men) 親(qin) 愛的腸道微生物。

其實醫學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(er) 腸道內(nei) 大量存在雙歧杆菌和乳酸菌，可以幫助嬰兒(er) 更好地分解母乳中不好消化的低聚糖，抑製有害菌的增殖，還可以刺激嬰兒(er) 免疫係統的發育等。而梭菌、乳杆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(hui) 刺激不同類型的腸道微生物，進而導致不一樣的“屁味”。

圖3 （圖片來源：veer圖庫）

而最近十年來，科研人員發現除了消化相關(guan) 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(hui) 導致腸炎和腸易激等消化係統慢性病，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(yu) 消化係統直接相關(guan) 的研究還算容易理解。可近來還有些研究發現腸道微生物會(hui) 影響人的運動能力、智力、睡眠狀況甚至和阿爾茲(zi) 海默症（即老年癡呆）的發作有關(guan) 係（見參考文獻1）。這些研究是否是玄學，咱們(men) 暫且按下不表。但如此多的相關(guan) 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，紅得發紫。

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

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，再通過生物信息學的方法反推回樣本中存在什麽(me) 樣的微生物。其中最關(guan) 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(guan) 的原始樣本成為(wei) 了一項不太吸引人的苦差事，畢竟喜歡玩屎的人還是少數。正是這項工作的複雜和艱苦，讓針對腸道微生物的RNA組學檢測很難被納入常規臨(lin) 床診斷技術的範圍裏。（如果是常規臨(lin) 床檢測，恐怕醫院檢驗科的同誌要罵娘了。）

現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(ti) ，雖然聞著令人不快，但正好能給科學家們(men) 提供解決(jue) 問題的一個(ge) 新思路：既然不同的微生物能產(chan) 生不同種類的氣體(ti) ，那能不能通過屁，或者大便中的揮發性氣體(ti) 構成反推回產(chan) 生它們(men) 的微生物，進而推斷與(yu) 微生物相關(guan) 的腸道疾病呢？

不同腸道疾病患者的糞便揮發性有機物質（VOC）的構成有很大區別（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，雖然由於(yu) 樣本采集的難度問題，目前幾乎還沒有人直接“測屁”，但已有數篇文章證明了使用目前最為(wei) 靈敏的氣體(ti) 成分分析技術：氣相色譜-質譜聯用法（GC-MS）檢測糞便中可揮發性有機物（VOC）的可行性，並發現了不同的揮發性成分構成與(yu) 不同的腸道疾病存在顯著關(guan) 聯（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，就是由於(yu) 涉及的微生物不同，同樣是拉稀這個(ge) 症狀，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處理，但其處理流程遠比提取糞便中的微生物遺傳(chuan) 信息要容易得多。隨著小型化低成本氣相色譜技術的發展，醫院購置這類氣相色譜儀(yi) 將不是什麽(me) 難事，屆時糞便VOC的檢測將會(hui) 有機會(hui) 成為(wei) 標準化臨(lin) 床檢測中的一部分（見參考文獻4）。

圖6 密西根大學研發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體(ti) 驗中來呢。

致謝：

特別感謝侯玉柱博士，佘金岩博士，周夢蓮博士和王思聰同誌對本文提供的幫助。

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.